基于化学气氛传感器的固体发动机状态监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种基于化学气氛传感器的固体发动机状态监测装置，能够定期监测推进剂正常贮存时释放的特定气体成分（氮氧化物）。本发明专利技术还提供通过这种装置进行监测的方法，与现有技术相比，本发明专利技术在不影响固体火箭发动机工作性能的条件下，将采用化学气氛传感器的状态监测仪定期监测产生的气体的浓度变化可以建立化学老化模型，从而取得监测的气体含量与发动机推进剂状态的对应关系，既可用于新研制的固体火箭发动机中，也可用于延寿工作中的模拟发动机中，从而起到监测发动机健康状态，预估发动机寿命的目的。

【技术实现步骤摘要】
基于化学气氛传感器的固体发动机状态监测装置
本专利技术涉及固体发动机健康状态检测，具体是一种基于化学气氛传感器的固体发动机状态监测装置。
技术介绍
采用固体发动机作为动力装置的飞行器，对固体发动机的寿命预估是一项重要课题。如果预估的寿命长于实际寿命，已经失效的发动机在飞行器发射过程中会导致发射的失败，甚至发生灾难性的事件。如果预估的时间过短，会使大批可继续服役的发动机被报废销毁，不但造成经济损失，还会造成巨大的资源浪费。因此，固体火箭发动机的寿命研究一直是国内外研究的热点问题之一。近几十年来，随着化学气氛传感器技术的研究和发展，化学气氛传感器已在科研、环境的保护和监控等方面得到了越来越广泛的应用。化学气氛传感器(chemicalsensor)是通过某化学反应以选择性方式对特定的待分析物质产生响应从而对分析物质进行定性或定量测定，用于检测及测量特定的某种或多种化学物质。含有硝酸酯的某推进剂在常温贮存下，会分解放出氮的氧化物。传统监测NOx的方法有Saltzman法、化学发光法、色谱法等，这类测定方法灵敏度高、检出限低，但不能实现NOx的现场连续监测，且装置复杂、价格昂贵。相比而言，NOx化学气氛传感器则能满足简便、快速、现场检测等要求。根据测量原理的不同，NOx化学气氛传感器主要有声表面波NOx化学气氛传感器、NOx光纤化学气氛传感器、半导体NOx化学气氛传感器和NOx电化学气氛传感器等。国内检测氮氧化物的传感器技术已经发展的比较成熟，但把化学气氛传感器应用于推进剂的性能监测、安全评价方面，需要解决众多的技术难题，还需要进行深入的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于通过定期监测气体的成分和含量，掌握推进剂化学老化规律，进而明确发动机的健康状态，最大限度的提高发动机的寿命，并大大提高发动机的安全性、可靠性和经费效益。所采取的技术方案是：本专利技术首先提出了一种基于电化学气氛传感器的固体发动机推进剂健康状态的监测装置，能够定期监测推进剂正常贮存时释放的特定气体成分（氮氧化物）。所采取的技术方案是：这种基于化学气氛传感器的固体发动机状态监测装置，其特征在于：包括容纳有少量固体发动机推进剂试样的密闭袋，与密闭袋相通的管道，管道上依次串接截止阀和气泵后与市售固定式氮氧化物检测仪的进气口相通，市售固定式氮氧化物检测仪的信号输出口通过数据线与数据采集系统相连。进一步地，市售固定式氮氧化物检测仪的进气口加装将其口径变细的转化接头。具体地，所述的市售固定式氮氧化物检测仪为北京北信未来电子仪器有限公司生产的型号为BX13-NOX-A固定式氮氧化物检测仪或北京天地首和科技发展有限公司生产的型号为TD0103-NOX-A固定式氮氧化物检测仪，量程为0-10ppm，分辨率为0.01ppm，温度范围为-20℃～50℃；气泵的流量为：0.8L/min。本专利技术还提供通过这种装置进行检测的方法，所采取的技术方案包括如下步骤：（1）将基于化学气氛传感器的固体发动机状态监测装置与待检测的固体发动机放置于同一环境当中；（2）定期监测化学气氛传感器的监测数据，根据监测数据绘制或自动生成气体浓度随时间的变化曲线；（3）当气体浓度处于稳定区时，表明固体发动机的推进剂释放出的气体很微量，力学性能变化较小，推进剂及发动机处于健康状态；当气体浓度处于快速变化期，表明固体发动机的推进剂释放出的气体量极具增加，力学性能极具变差，推进剂及发动机寿命即将结束，需要实施相关处理措施。还可以是，将步骤（1）的基于化学气氛传感器的固体发动机状态监测装置直接加装在原有贮存状态下全尺寸固体火箭发动机上。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：在不影响固体火箭发动机工作性能的条件下，将采用化学气氛传感器的状态监测仪定期监测产生的气体的浓度变化可以建立化学老化模型，从而取得监测的气体含量与发动机推进剂状态的对应关系，既可用于新研制的固体火箭发动机中，也可用于延寿工作中的模拟发动机中，从而起到监测发动机健康状态，预估发动机寿命的目的。附图说明图1是本专利技术基于化学气氛传感器的固体发动机状态监测装置的一种结构示意图。图2是本专利技术基于化学气氛传感器的固体发动机状态监测装置的另一种结构示意图。图3是某推进剂密封袋中气体红外光谱图。图4是某推进剂气体释放量随贮存时间的变化规律。图5是某推进剂释放气体压力随贮存时间的变化规律。图6是某推进剂在100℃下气体释放量随贮存时间的变化规律。图7是某推进剂在100℃下释放气体压力随贮存时间的变化规律。图8是不同贮存时间某推进剂气体释放量的变化规律。图9是不同贮存时间某推进剂压力的变化规律。图10是根据比色法测试的氮氧化物含量绘制的标准曲线。图11是推进剂贮存中释放气体量随贮存时间的变化规律（比色法）。图12是某推进剂贮存在70℃条件下化学气氛传感器监测到的氮氧化物气体浓度随时间的变化曲线。图13是某推进剂贮存中σm与释放出气体浓度随时间变化曲线（化学传感器法）。图14是某推进剂贮存中σm与释放出气体量随时间的变化曲线（真空安定性法）。、图15是某推进剂贮存中σm与释放出气体量随时间的变化曲线（比色法）。具体实施方式实施例1，市售的用于监测气体的固定式氮氧化物检测仪灵敏度较高，从理论上能够满足测试要求，但由于其体积较大，无法直接放在贮存环境中，因此，需要解决气体采集、气体传输等问题。为此这种基于化学气氛传感器的固体发动机状态监测装置，包括与固体发动机1浇筑有推进剂的内腔相通的管道7，管道7上依次串接截止阀3和气泵4后与市售固定式氮氧化物检测仪5的进气口相通，市售固定式氮氧化物检测仪5的信号输出口通过数据线8与数据采集系统6相连，市售固定式氮氧化物检测仪5的进气口加装将其口径变细的转化接头51。所述的市售固定式氮氧化物检测仪5为北京北信未来电子仪器有限公司生产的型号为BX13-NOX-A固定式氮氧化物检测仪，量程为0-10ppm，分辨率为0.01ppm，温度范围为-20℃～50℃。气泵的流量为：0.8L/min。实施例2，其他同实施例1，不同的是固体发动机1的推进剂试样1’容纳在密闭袋2内，密闭袋2与管道7相通，另外所述的市售固定式氮氧化物检测仪5为北京天地首和科技发展有限公司生产的型号为TD0103-NOX-A固定式氮氧化物检测仪。推进剂贮存中有微量气体释放出来，尤其是某推进剂老化进程中，氮氧化物含量变化被认为是推进剂降解的“指示剂”。如果能采用技术手段，监测到释放出的气体浓度的变化，对评估推进剂的健康状态和寿命将是十分有用的，基于这种考虑，在下面的研究中针对贮存中释放的气体进行监测。为监测某推进剂的健康状态，利用释放气体（如氮氧化物）的反应特性，结合气体分子的扩散原理和化学吸收原理，采用多种手段（如维也里试验、阿贝尔试验、比色法、压力法试验、真空安定性法和化学气氛传感器法等），定性和定量的监测推进剂气体释放量，通过获得贮存中推进剂产生的气体浓度、压力等变化，与推进剂力学性能、安全性能等进行关联，以评判某推进剂贮存过程中的健康情况，为发动机寿命评估提供方法和技术。某推进剂在高温贮存条件下，密封袋鼓胀，说明贮存中有气体释放出来，另外，理论上分析，某推进剂贮存中应有氮氧化物产生。为了确定某推进剂高温贮存中释放气体的成分，利用美国热电Nicolet5700本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于化学气氛传感器的固体发动机状态监测装置，其特征在于：包括容纳有少量固体发动机推进剂试样的密闭袋，与密闭袋相通的管道，管道上依次串接截止阀和气泵后与市售固定式氮氧化物检测仪的进气口相通，市售固定式氮氧化物检测仪的信号输出口通过数据线与数据采集系统相连。

【技术特征摘要】
1.基于化学气氛传感器的固体发动机状态监测装置，其特征在于：包括容纳有少量固体发动机推进剂试样的密闭袋，与密闭袋相通的管道，管道上依次串接截止阀和气泵后与市售固定式氮氧化物检测仪的进气口相通，市售固定式氮氧化物检测仪的信号输出口通过数据线与数据采集系统相连。2.根据权利要求1所述的基于化学气氛传感器的固体发动机状态监测装置，其特征在于：市售固定式氮氧化物检测仪的进气口加装将其口径变细的转化接头。3.根据权利要求1所述的基于化学气氛传感器的固体发动机状态监测装置，其特征在于：所述的市售固定式氮氧化物检测仪为北京北信未来电子仪器有限公司生产的型号为BX13-NOX-A固定式氮氧化物检测仪或北京天地首和科技发展有限公司生产的型号为TD0103-NOX-A固定式氮氧化物检测仪，量程为0-10ppm，分辨率为0.01ppm，温度范围为-20℃～50℃；气泵的流...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐岩辉，董可海，张波，陈国峰，程跃，罗泽明，于向财，武书阁，赵智姝，李映红，裴立冠，于畅，于鹏，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军航空工程学院，
类型：发明
国别省市：山东,37