小推力固体推进剂药柱燃烧及推进性能检测试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种小推力固体推进剂药柱燃烧及推进性能检测试验装置，包括：点火模块、压力燃烧室模块、高速摄影模块、供气模块和处理模块；所述压力燃烧室模块，包括燃烧室,设置在燃烧室的喷管以及带动所述喷管在燃烧室内移动的滑块；所述喷管用于固定固体推进剂药柱；在所述燃烧室内还设置有压力变送器和推力传感器；通过调整所述滑块与推力传感器的相对距离，实现固体推进剂药柱燃烧和推进性能的静态测试和动态测试；所述处理模块，用于根据有机玻璃罩内环境压力、滑块位移及固体推进剂药柱质量，对固体推进剂药柱的燃烧性能和推进性能进行计算。本发明专利技术体积小，一体化程度高，能高效、便捷、准确地实现固体推进剂药柱燃烧和推进性能的动态和静态测试。

【技术实现步骤摘要】
小推力固体推进剂药柱燃烧及推进性能检测试验装置
本专利技术属于化学火箭推进
，涉及一种燃烧和推进性能检测试验装置，特别涉及一种固体推进剂药柱燃烧及推进性能检测试验装置。
技术介绍
随着运载火箭、载人飞船和人造卫星等航天设备的小型化、轻量化和远空化发展，小推力固体推进剂也开始成为航天推进领域一个重要的技术分支。与传统的大型固体推进剂不同，小推力固体推进剂的体积小、质量轻、燃烧时间短、推力极限小，但燃速与推力变化速率快。因此，现有的大型化固体推进剂燃烧及性能检测装置难以满足小推力固体推进剂的测试需求，迫切需要寻找新的小型固体推进剂药柱燃速及推进性能检测方法。通常，固体推进剂药柱的性能检测包括动态测试和静态测试两种模式。动态测试中，装填了固体推进剂药柱的发动机模块被提前放置于试车轨道中，测试过程中发动机模块在轨道中发生运动位移，推力性能指标通过对发动机模块运动的位移、时间、速度和加速度等运动参数计算得到；静态测试中，装填了固体推进剂药柱的发动机模块被固定于试车台中，测试过程中发动机模块保持固定不动，推力性能指标可通过推力传感器直接测量得到。由于常规大型化固体推进剂燃烧和推进性能测试对试验装置的材料和试验环境要求较高，因此动态测试和静态测试通常需要在两套试验装置上分别进行。此外，由于固体推进剂燃烧过程产生大量烟气，其性能检测通常只能在开放环境中进行，难以为测试提供不同的环境背景压力。对于推力峰值在500N以下的小推力推进剂，由于药柱体积、总放热量、总烟气量和推力峰值的同步减小，使得动态、静态测试试验装置的小型化、一体化，以及在压力环境中进行检测成为可能。为此，必须对试验装置的组成部件、空间结构进行优化调整，并重新选择适当的检测、控制设备和试验方法，以满足试验需求。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供了一种小推力固体推进剂药柱燃烧及推进性能检测试验装置。该装置解决了推力峰值在500N以下的小推力固体推进剂药柱燃烧及推进性能测试困难的问题，同时，实现了动态、静态测试试验装置的小型化、一体化，并能为检测提供一定的压力环境。技术方案：一种小推力固体推进剂药柱燃烧及推进性能检测试验装置，其特征在于，包括：点火模块、压力燃烧室模块、高速摄影模块、供气模块和处理模块；所述压力燃烧室模块，包括燃烧室,设置在燃烧室的喷管以及带动所述喷管在燃烧室内移动的滑块；所述喷管用于固定固体推进剂药柱；在所述燃烧室内还设置有压力变送器和推力传感器，所述压力变送器用于实时监测压力燃烧室内的环境压力数值，所述推力传感器用于检测所述滑块滑动至与推力传感器受压面接触时产生的推力数值；通过调整所述滑块与推力传感器的相对距离，当滑块带动喷管与推力传感器的受压面接触时实现固体推进剂药柱燃烧和推进性能的静态测试，当滑块带动喷管远离推力传感器的受压面时实现固体推进剂药柱燃烧和推进性能的动态测试；所述点火模块，用于点燃固定在喷管上的固体推进剂药柱；所述高速摄影模块，用于在所述点火模块点然固体推进剂药柱时，同步对固体推进剂在喷管内点火燃烧不同时刻的燃面位置和滑块移动位置进行监测；所述供气模块，用于对所述压力燃烧室进行充气加压；所述处理模块，用于根据有机玻璃罩内环境压力、滑块位移及固体推进剂药柱质量，对固体推进剂药柱的燃烧性能和推进性能进行计算。其中固体推进剂药柱的燃烧性能包括燃速和燃速压强指数；推进性能包括喷管运动的速度、加速度，燃烧产生的推力、冲量、比冲及密度比冲。在所述压力燃烧室内设置有气垫滑轨，所述滑块在所述气垫滑轨上滑动。在所述压力燃烧室上设置有背压供气阀，所述供气模块与背压供气阀连接用于对所述压力燃烧室进行充气加压。所述气垫滑轨还包括滑轨供气阀，所述供气模块与该滑轨供气阀连接用于给气垫滑轨供气。所述点火模块为激光点火模块。所述激光点火模块包括一台半导体泵浦固体激光器和一台CO2红外激光器，试验时按需切换激光器的种类，实现激光功率的调节和精度控制；两台激光器共用一个出射口。在所述压力燃烧室上设置有一个用于点火的激光入射口，在该激光入射口设置有通过法兰固定在压力燃烧室上的硒化锌玻璃。在所述压力燃烧室上还设置有一确保压力燃烧室内环境压力稳定在设定值附近的稳压阀。所述喷管采用拉瓦式喷管，主体材质为耐高温水晶石英玻璃；所述燃烧室为有机玻璃罩，所述拉瓦式喷管安装于有机玻璃罩内部，通过喷管后座固定卡槽卡紧并保持水平放置；所述拉瓦式喷管用于装填固体推进剂药柱；喷管后座一侧设置有用于固定喷管的喷管固定卡槽，另一侧为用于与推力传感器的受压面接触的半球形结构；喷管后座安装于有机玻璃罩内滑块顶端并与滑块连接。本专利技术用于固体推进剂药柱燃烧及推进性能检测的试验装置，导轨采用气垫滑轨，水平安装于有机玻璃罩内滑轨支架上，气垫滑轨周身开有气孔，与滑轨供气阀连接，可通过气孔排出高压气体产生浮力抵消滑块重力，使滑块在气垫滑轨上方悬浮，从而减少滑块在气垫滑轨上滑动的摩擦阻力。所述高速摄影模块设置有一架高速摄影仪，安装于有机玻璃罩正上方，其拍摄范围覆盖整个气垫滑轨正面，用于对固体推进剂在喷管内点火燃烧不同时刻的燃面位置和滑块移动位置进行监测，从而能够结合有机玻璃罩内环境压力、滑块位移、固体推进剂药柱质量等参数，对固体推进剂药柱的燃速、燃速压强指数，喷管运动的速度、加速度，燃烧产生的推力、冲量、比冲及密度比冲等性能指标进行计算。所述供气模块包括两个高压气瓶和配套的减压阀；高压气瓶中灌装的气体种类可采用空气、氧气、氮气、氩气中的一种或混合气，两个高压气瓶经减压阀减压后分别与背压供气阀和滑轨供气阀连接，用于对有机玻璃罩和气垫滑轨进行供气；减压阀采用数字电控减压阀，用于对供气压力进行限制和调控。所述控制存储模块包括服务器和同步触发开关；服务器采用塔式工作组服务器，与激光旋钮、高速摄影仪、压力变送器、推力传感器和减压阀连接，用于对上述各设备进行运行参数设置、启停控制、监测数据记录和存储；同步触发开关采用时间继电器开关，具备循环和延时触发功能，用于控制激光旋钮和高速摄影仪在不同循环和延时设置需求下的同步触发，确保设备运行安全。为实现固体推进剂药柱的快速、精确、安全点火，激光旋钮的激光功率在0-400W范围内连续可调，其中0-50W功率范围内通过半导体泵浦固体激光器出射，50-400W功率范围内通过CO2红外激光器出射，激光功率精度控制误差不大于±1％，支持外部触发功能。为方便高速摄影仪的快速、精确在线监测，并实现压力燃烧器模块的密封加压，有机玻璃罩具备良好的透光性、密封性和耐压性能，能承受0-1MPa的内部环境压力。为方便高速摄影仪的快速、精确在线监测，并实现固体推进剂的安全燃烧，喷管具有良好的透光性和短时间耐高温性能，短时间最高耐温1600℃以上；喷管的长度、管径、壁厚、收敛比和扩张比等外形参数可根据实际试验需求在合理范围内进行适当调节，但单次装填的固体推进剂质量应不大于2g。为实现对有机玻璃罩内的环境背景压力和固体推进剂燃烧产生推本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小推力固体推进剂药柱燃烧及推进性能检测试验装置，其特征在于，包括：点火模块、压力燃烧室模块、高速摄影模块、供气模块和处理模块；/n所述压力燃烧室模块，包括燃烧室,设置在燃烧室的喷管以及带动所述喷管在燃烧室内移动的滑块；所述喷管用于固定固体推进剂药柱；在所述燃烧室内还设置有压力变送器和推力传感器，所述压力变送器用于实时监测压力燃烧室内的环境压力数值，所述推力传感器用于检测所述滑块滑动至与推力传感器受压面接触时产生的推力数值；通过调整所述滑块与推力传感器的相对距离，当滑块带动喷管与推力传感器的受压面接触时实现固体推进剂药柱燃烧和推进性能的静态测试，当滑块带动喷管远离推力传感器的受压面时实现固体推进剂药柱燃烧和推进性能的动态测试；/n所述点火模块，用于点燃固定在喷管上的固体推进剂药柱；/n所述高速摄影模块，用于在所述点火模块点然固体推进剂药柱时，同步对固体推进剂在喷管内点火燃烧不同时刻的燃面位置和滑块移动位置进行监测；/n所述供气模块，用于对所述压力燃烧室进行充气加压；/n所述处理模块，用于根据有机玻璃罩内环境压力、滑块位移及固体推进剂药柱质量，对固体推进剂药柱的燃烧性能和推进性能进行计算。/n...

【技术特征摘要】
1.一种小推力固体推进剂药柱燃烧及推进性能检测试验装置，其特征在于，包括：点火模块、压力燃烧室模块、高速摄影模块、供气模块和处理模块；
所述压力燃烧室模块，包括燃烧室,设置在燃烧室的喷管以及带动所述喷管在燃烧室内移动的滑块；所述喷管用于固定固体推进剂药柱；在所述燃烧室内还设置有压力变送器和推力传感器，所述压力变送器用于实时监测压力燃烧室内的环境压力数值，所述推力传感器用于检测所述滑块滑动至与推力传感器受压面接触时产生的推力数值；通过调整所述滑块与推力传感器的相对距离，当滑块带动喷管与推力传感器的受压面接触时实现固体推进剂药柱燃烧和推进性能的静态测试，当滑块带动喷管远离推力传感器的受压面时实现固体推进剂药柱燃烧和推进性能的动态测试；
所述点火模块，用于点燃固定在喷管上的固体推进剂药柱；
所述高速摄影模块，用于在所述点火模块点然固体推进剂药柱时，同步对固体推进剂在喷管内点火燃烧不同时刻的燃面位置和滑块移动位置进行监测；
所述供气模块，用于对所述压力燃烧室进行充气加压；
所述处理模块，用于根据有机玻璃罩内环境压力、滑块位移及固体推进剂药柱质量，对固体推进剂药柱的燃烧性能和推进性能进行计算。


2.根据权利要求1所述的小推力固体推进剂药柱燃烧及推进性能检测试验装置，其特征在于，其中固体推进剂药柱的燃烧性能包括燃速和燃速压强指数；推进性能包括喷管运动的速度、加速度，燃烧产生的推力、冲量、比冲及密度比冲。


3.根据权利要求1所述的小推力固体推进剂药柱燃烧及推进性能检测试验装置，其特征在于，在所述压力燃烧室内设置有气垫滑轨，所述滑块在所述气垫滑轨上滑动。


4.根据权利要求1所述的小推力固体推进剂药柱燃烧及推进性能检测试验装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁导伦，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32