一种固体火箭发动机壳内壁激光清洗装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种固体火箭发动机壳内壁激光清洗装置与方法，属于火箭技术领域。该装置包括激光系统、可调焦旋转激光清洗头、发动机壳体支撑及运动机构、吸气系统和软件控制系统。激光束经激光系统进入可调焦旋转激光清洗头，然后激光束经激光清洗头内的聚焦透镜聚焦及反射镜反射后，聚焦光斑投射到发动机壳体内壁上，激光清洗头内的旋转电机带动后端的反射镜一起转动。通过软件控制系统对激光及发动机壳体运动机构进行调控，即可实现超快激光对壳体内壁的清洗。本发明专利技术根据火箭发动机的安全特殊性，选择近似“冷加工”的超快脉冲激光作为去除固体火箭发动机壳内壁残余物的“刀”，实现了安全、高效、高精度和绿色环保的清洗。高精度和绿色环保的清洗。高精度和绿色环保的清洗。

【技术实现步骤摘要】
一种固体火箭发动机壳内壁激光清洗装置与方法


[0001]本专利技术属于火箭
，涉及一种固体火箭发动机壳内壁激光清洗装置与方法。

技术介绍

[0002]固体火箭发动机壳体的回收再利用可以大大缩短生产周期，降低生产成本。
[0003]因此，回收的壳体需要对其内部的残余物进行彻底清理干净才能再次利用。传统的方法主要采用化学浸泡或人工机械除膜的方式来清理。化学浸泡会带来大量污染，不环保。人工机械除膜方法也有诸多缺点：一是效果欠佳，采用机械的方式很难将具有弹性的残余材料清除干净，且容易损伤基材；二是精度不高，采用人工除膜的方式很难精确地控制，仅能凭个人的经验来操作；三是效率低下，小型的固体火箭发动机燃烧室空间狭小，人工除膜比较费时费力，难以大规模的进行批量化去除；四是存在安全风险，机械去除的方式存在钢丝刷的摩擦起火或升温，而残余物中有易燃易爆的推进剂，人工操作具有一定的安全隐患。近年来，发展出了高压水射流清洗技术(专利CN 107716388 B)和等离子体表面处理技术(专利CN107808815A)对固体火箭发动机的清洗及表面处理，一定程度上提高了效率和降低了危险性。
[0004]激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后，人类的又一重大专利技术，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。激光清洗是一种新兴的材料表面清洁处理技术，可以替代传统的机械除膜、酸洗、喷砂和高压水枪清洗。它具有柔性传输、操控性好、适用材料广、效率高、效果好等优势，近年来在汽车模具、轨道交通、石油石化和文物清洗等领域已得到越来越广阔的应用。
[0005]由于固体火箭发动机的燃烧室是一种长筒状结构，要对其内壁进行处理，就需要考虑如何将激光引入并聚焦到其内壁上、光在内壁如何运动的问题。目前，该方法及技术均未见报道。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种固体火箭发动机壳内壁激光清洗装置与方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种固体火箭发动机壳内壁激光清洗装置，该装置包括激光系统(101)、可调焦旋转激光清洗头(102)、发动机壳体支撑及运动机构(103)、吸气系统(104)和计算机软件(18)；
[0009]所述激光系统(101)安装在光学平台(1)上，超快脉冲激光器(2)发出的激光束依次经过能量调节器(3)、电子快门(4)及潜望镜(5)后，进入激光清洗头(102)，整个传输光路上的激光束用激光传输防护管(6)笼罩，用于为壳体内壁激光清洗提供能量源；
[0010]所述可变焦旋转激光清洗头(102)是将聚焦透镜(8)固定在一维电动移动台(9)
上，并将其安装在激光清洗头伸缩杆(7)内，然后将激光清洗头伸缩杆(7)一端与中空旋转电机(10)的前端连接，将集成在一起的反射镜(12)、观察窗口(11)及激光出射窗口(13)与中空旋转电机(10)的转动轴相连，用于壳体内激光束的变焦及旋转扫描；
[0011]所述发动机壳体支撑及运动机构(103)是将固体火箭发动机壳体(14)由电动手抓一(15)和电动手抓二(16)抓紧，并将其固定在电动平移台(17)上，用于发动机壳体支撑及运动；
[0012]所述吸气系统(104)由一组吸气导管(19)和粉尘过滤器(20)组成，吸气导管(19)对称分布于可调焦旋转激光清洗头(102)的四周，一端连接粉尘过滤器(20)，另一端伸入固体火箭发动机壳体(14)内部，用于清理激光清洗过程中产生的粉尘；
[0013]所述计算机软件(18)包括工艺数据系统与工艺控制系统，工艺数据系统与工艺控制系统之间通过协议进行沟通；工艺数据系统完成工艺参数的执行和激光扫描任务规划，并输出工艺文件；工艺控制系统作为数据输入，通过工艺文件的输入与解析，完成火箭发动机壳内壁激光清洗的执行；
[0014]所述激光束经激光系统(101)导入可调焦旋转激光清洗头(102)，然后激光束经可调焦旋转激光清洗头(102)内聚焦透镜(8)的聚焦及反射镜(12)反射后，聚焦光斑投射到固体火箭发动机壳体(14)内壁上，可调焦旋转激光清洗头(102)内的中空旋转电机(10)带动后端的反射镜(12)一起转动，使激光束在壳体内360
°
旋转扫描；通过计算机软件(18)对发动机壳体支撑及运动机构(103)调控，实现壳内壁激光清洗。
[0015]可选的，所述可调焦旋转激光清洗头(102)和激光清洗头伸缩杆(7)的中心线，与固体火箭发动机壳体(14)的中轴线重合。
[0016]可选的，所述超快脉冲激光器(2)的激光脉冲宽度小于10ps，脉冲重复频率范围为1KHz～10MHz，单脉冲激光能量大于1μJ，激光波长范围为260nm～1035nm。
[0017]可选的，所述能量调节器(3)的类型包括偏振型、吸收型和反射型，用于调节激光能量大小；
[0018]所述电子快门(4)用于控制调节激光脉冲数及激光辐照时间的控制。
[0019]可选的，所述潜望镜(5)由上下两个45
°
高反射率的反射镜构成，用于光束的拔高和转向。
[0020]可选的，所述可调焦旋转激光清洗头(102)根据壳体的内径进行动态调焦，投射到壳体内壁的光斑尺寸能够通过编程调节，激光束根据编程实现360
°
自由旋转扫描。
[0021]可选的，所述反射镜(12)的角度范围15
°
～45
°
，对应出射的激光束角度范围为90
°
～150
°
；
[0022]固体火箭发动机壳体(14)实现壳体运动的精度小于0.1mm，运动速度为1mm/s～100mm/s。
[0023]可选的，所述计算机软件(18)调控超快脉冲激光器(2)的参数，电子快门(4)的启停，聚焦透镜(8)的动态聚焦，中空旋转电机(10)的转动，固体火箭发动机壳体(14)的运动，以及固体火箭发动机壳体(17)的联动，激光清洗时激光扫描路径的编程。
[0024]可选的，所述固体火箭发动机壳体(14)的壳体口径大于50mm。
[0025]基于所述装置的固体火箭发动机壳内壁激光清洗方法，该方法包括以下步骤：
[0026]S1：将固体火箭发动机壳体(14)用电动手抓一(15)和电动手抓二(16)固定在电动
平移台(17)的滑轨上；
[0027]S2：打开粉尘过滤器(20)开关；
[0028]S3：打开超快脉冲激光器(2)的引导光，引导光经激光系统(101)进入可调焦旋转激光清洗头(102)，经过聚焦透镜(8)聚焦后，从中空旋转电机(10)穿过进入到可调焦旋转激光清洗头内的反射镜(12)，反射后的光从激光出射窗口(13)射出并聚焦到固体火箭发动机的内壁；
[0029]S4：通过计算机软件(18)调节中空旋转电机(10)及固体火箭发动机壳体(14)，将引导光移动到待处理区域的初始位置；
[0030]S5：在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体火箭发动机壳内壁激光清洗装置，其特征在于：该装置包括激光系统(101)、可调焦旋转激光清洗头(102)、发动机壳体支撑及运动机构(103)、吸气系统(104)和计算机软件(18)；所述激光系统(101)安装在光学平台(1)上，超快脉冲激光器(2)发出的激光束依次经过能量调节器(3)、电子快门(4)及潜望镜(5)后，进入激光清洗头(102)，整个传输光路上的激光束用激光传输防护管(6)笼罩，用于为壳体内壁激光清洗提供能量源；所述可变焦旋转激光清洗头(102)是将聚焦透镜(8)固定在一维电动移动台(9)上，并将其安装在激光清洗头伸缩杆(7)内，然后将激光清洗头伸缩杆(7)一端与中空旋转电机(10)的前端连接，将集成在一起的反射镜(12)、观察窗口(11)及激光出射窗口(13)与中空旋转电机(10)的转动轴相连，用于壳体内激光束的变焦及旋转扫描；所述发动机壳体支撑及运动机构(103)是将固体火箭发动机壳体(14)由电动手抓一(15)和电动手抓二(16)抓紧，并将其固定在电动平移台(17)上，用于发动机壳体支撑及运动；所述吸气系统(104)由一组吸气导管(19)和粉尘过滤器(20)组成，吸气导管(19)对称分布于可调焦旋转激光清洗头(102)的四周，一端连接粉尘过滤器(20)，另一端伸入固体火箭发动机壳体(14)内部，用于清理激光清洗过程中产生的粉尘；所述计算机软件(18)包括工艺数据系统与工艺控制系统，工艺数据系统与工艺控制系统之间通过协议进行沟通；工艺数据系统完成工艺参数的执行和激光扫描任务规划，并输出工艺文件；工艺控制系统作为数据输入，通过工艺文件的输入与解析，完成火箭发动机壳内壁激光清洗的执行；所述激光束经激光系统(101)导入可调焦旋转激光清洗头(102)，然后激光束经可调焦旋转激光清洗头(102)内聚焦透镜(8)的聚焦及反射镜(12)反射后，聚焦光斑投射到固体火箭发动机壳体(14)内壁上，可调焦旋转激光清洗头(102)内的中空旋转电机(10)带动后端的反射镜(12)一起转动，使激光束在壳体内360
°
旋转扫描；通过计算机软件(18)对发动机壳体支撑及运动机构(103)调控，实现壳内壁激光清洗。2.根据权利要求1所述的一种固体火箭发动机壳内壁激光清洗装置，其特征在于：所述可调焦旋转激光清洗头(102)和激光清洗头伸缩杆(7)的中心线，与固体火箭发动机壳体(14)的中轴线重合。3.根据权利要求1所述的一种固体火箭发动机壳内壁激光清洗装置，其特征在于：所述超快脉冲激光器(2)的激光脉冲宽度小于10ps，脉冲重复频率范围为1KHz～10MHz，单脉冲激光能量大于1μJ，激光波长范围为260nm～1035nm。4.根据权利要求1所述的一种固体火箭发动机壳内壁激光清洗装置，其特征在于：所述能量调节器(3)的类型包括偏振型、吸收...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨亮，曹良成，吴文杰，刘基权，方淦，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：