一種基于變重力條件下的固體燃料燃燒實驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及低重力燃燒實驗領(lǐng)域，具體的涉及一種基于變重力條件下的固體燃料燃燒實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]失重狀態(tài)下進(jìn)行的科學(xué)實驗有助于更好地探索物理規(guī)律，以往固體燃燒試驗的研究大多是常重力或微重力環(huán)境條件下，通過微重力落塔來提供微重力境，對變重力條件下的固體燃料燃燒試驗的研究很少涉及，變重力固體燃料燃燒實驗是在地球重力加速度條件下，給燃燒試驗提供空間變重力環(huán)境，模擬固體燃料燃燒環(huán)境的實驗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種用于研究變重力固體燃燒試驗的裝置，彌補這一空缺。實驗的主要目的是在地面上完成對變重力條件下固體燃料燃燒試驗的研究。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于變重力條件下的固體燃料燃燒實驗裝置，所述的變重力固體燃料燃燒實驗裝置分為3個部分，即變重力落體系統(tǒng)、實驗艙裝置和減速回收系統(tǒng)；實驗艙裝置包括點火控制系統(tǒng)、固體燃料燃燒系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；
[0006]所述的變重力落體系統(tǒng)包括配重塊、PLC控制器、變頻電動機(jī)、實驗艙、定滑輪和吊絲，將所述配重塊、變頻電動機(jī)的軸器、定滑輪和實驗艙通過吊絲相連接形成一個變重力落體系統(tǒng)；
[0007]所述的配重塊僅在兩個固定的豎直導(dǎo)軌間做直線運動，它用于平衡實驗艙的重力，使實驗艙下落的加速度由電動機(jī)提供；所述變頻電動機(jī)，固定在建筑樓層31-32米位置處，接入三相交流電，變頻電動機(jī)的控制電路由PLC控制器通過控制電頻器來控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；所述的PLC控制器通過編程設(shè)定控制算法，將控制指令傳達(dá)到變頻器；
[0008]所述的實驗艙包括點火控制系統(tǒng)、固體燃料燃燒系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；其組成部分為圓柱形的燃燒艙和球形的頭錐，其中頭錐為配重塊，其作用是降低實驗艙的重心，使重心保持豎直，避免在下落的過程中出現(xiàn)水平方向上的擺動；
[0009]所述的燃燒艙包括實驗基板、泡沫塑料填充物、數(shù)碼攝像機(jī)、無線接收器、PLC點火控制器、直流電源、點火線路、電熱絲、燃燒支架、固體燃料、熱電偶、背景幕墻、數(shù)據(jù)采集器；其中實驗基板是燃燒艙的基礎(chǔ)，通過泡沫塑料與頭錐相連，用于承載實驗裝置，減緩下落減速過程中的沖擊力；所述的數(shù)碼攝像機(jī)由泡沫塑料填充物固定，使數(shù)碼攝像機(jī)與固體燃料位于同一高度，為了獲得清晰地圖像，固體燃料與數(shù)碼攝像機(jī)鏡頭的距離設(shè)定為15cm左右；所述的固體燃料由燃燒支架支持，電熱絲位于固體燃料的下方，用于加熱固體燃料，所述的無線接收器、PLC點火控制器、電源、點火線路相串聯(lián)組成無線點火控制電路；所述的背景幕墻為數(shù)碼攝像機(jī)拍攝提供背景襯托，同時也是熱電偶的安裝基礎(chǔ)；所述的熱電偶將火焰的溫度值轉(zhuǎn)換成電信號由數(shù)據(jù)采集器接收存儲；
[0010]所述的點火控制系統(tǒng)包括無線信號接收器、PLC點火控制器、電源、點火線路和電熱絲；所述的點火控制系統(tǒng)用于接收遠(yuǎn)程遙控點火信號，點燃固體燃料；
[0011]所述的固體燃料燃燒系統(tǒng)包括固體燃料，燃燒支架；
[0012]所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括數(shù)碼攝像機(jī)、熱電偶和數(shù)據(jù)采集器；所述的熱電偶位于固體燃料上方，等間距設(shè)置一排，用于檢測不同部位的火焰或羽流溫度；所述數(shù)據(jù)采集器接收熱電偶產(chǎn)生的電信號，通過設(shè)備內(nèi)部的放大電路進(jìn)行電信號的放大，并記錄儲存；
[0013]所述的固體燃料燃燒裝置是由所述變重力落體系統(tǒng)提供實驗艙的重力艙所需的低重力水平，由所述點火控制系統(tǒng)完成固體的點燃，由所述固體燃燒系統(tǒng)，提供實驗觀察的實驗對象，由所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得火焰的溫度和圖像特征。
[0014]進(jìn)一步的，所述實驗艙通過變重力裝置實現(xiàn)變重力的目的。
[0015]進(jìn)一步的，所述變重力裝置通過變頻電動機(jī)改變實驗艙的下落加速度。
[0016]進(jìn)一步的，所述的變頻電動機(jī)通過PLC對變頻器的設(shè)定。
[0017]進(jìn)一步的，所述的實驗艙通過無線通訊進(jìn)行點火控制。
[0018]進(jìn)一步的，所述的減速回收系統(tǒng)通過減速減震控制實驗艙平穩(wěn)落地。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0020]1、本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)實驗艙下落過程加速度靈活可調(diào)，使得在固體燃料燃燒過程中，可輸入不同設(shè)定加速度值進(jìn)行實驗，在不同加速度值下可以得到豐富的實驗結(jié)果和實驗數(shù)據(jù)，并具備空間科學(xué)實驗設(shè)備所要求性能的特點，為我過未來的空間固體燃料燃燒科學(xué)實驗中利用變重力環(huán)境進(jìn)行實驗奠定了基礎(chǔ)；
[0021]2、本發(fā)明能夠提供一種對低重力環(huán)境下固體燃料燃燒現(xiàn)象觀測的平臺，不局限于對固體燃料的燃燒的研究，還可以對電纜導(dǎo)線等可燃物質(zhì)燃燒的研究，探索變重力下電纜導(dǎo)線的燃燒特征，對低重力環(huán)境下電子線路防火的研究等；
[0022]3、本發(fā)明的無線點火裝置，可以實現(xiàn)在狹窄的空間中進(jìn)行遙控點火，相比較人工點火的方法，它操作簡單，能夠快速有效的實現(xiàn)燃料的點燃，同時避免人工點火過程中可能對實驗設(shè)施的觸碰，避免無關(guān)因素對實驗數(shù)據(jù)的影響；
[0023]4、本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以采集實驗的圖像數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，可以獲取不同頻率溫度采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)不同采集需求，同時可以根據(jù)實驗?zāi)康?，調(diào)整部分裝置位置來獲得所需的實驗數(shù)據(jù)。實現(xiàn)功能的多樣化。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明的變重力落體實驗裝置示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明的實驗艙平面圖；
[0026]圖3a是本發(fā)明的燃燒艙內(nèi)部布局示意圖；
[0027]圖3b是本發(fā)明的燃燒艙內(nèi)部布置俯視圖；
[0028]圖4是本發(fā)明的熱電偶布置示意圖；
[0029]圖5是本發(fā)明的變頻電動機(jī)變速工作示意圖；
[0030]圖6是本發(fā)明的點火控制示意圖；
[0031 ]圖7是實施例的實驗流程圖；
[0032]圖8是輸出數(shù)據(jù)隨時間變化的示意圖。
[0033]附圖中各標(biāo)號代表的部件列表如下:
[0034]1為配重塊；2為PLC控制器；3為變頻電動機(jī)；4為實驗艙；5為定滑輪；6為吊絲；7為燃燒艙；8為頭錐；9為實驗基板；10為泡沫塑料填充物；11為數(shù)碼攝像機(jī)；12為無線信號接收器；13為PLC點火控制器；14為直流電源；15為點火線路；16為電熱絲；17為燃燒支架；18為固體燃料；19為熱電偶；20為背景幕墻；21為數(shù)據(jù)采集器；22為減速回收系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0035]下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0036]本實施例中，如圖1、圖2、圖3a、圖3b所示的一種基于變重力條件下的固體燃料燃燒實驗裝置，包括配重塊1、PLC控制器2、變頻電動機(jī)3、實驗艙4、定滑輪5和吊絲6，將配重塊1、變頻電動機(jī)3的聯(lián)軸器、定滑輪5.和實驗艙4通過吊絲6串聯(lián)在一起組成一個運動系統(tǒng)。PLC控制器2和變頻電動機(jī)3通過接線組成變重力落體系統(tǒng)；無線信號接收器12、PLC點火控制裝置13、直流電源14、點火線路15和電熱絲16通過導(dǎo)線相連組成一個點火控制系統(tǒng)；數(shù)碼攝像機(jī)11、熱電偶19和數(shù)據(jù)采集器21組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，檢測、記錄實驗數(shù)據(jù)。實驗基板9、泡沫塑料填充物10、背景幕墻20用于固定實驗裝置；燃燒支架17和固體燃料18組成固體燃燒系統(tǒng)。實驗落地結(jié)束通過減速回收系統(tǒng)22完成。
[0037]本實施例中，如圖1所示，本變重力落體裝置由配重塊1、PLC控制器2、變頻電動機(jī)3、實驗艙4、定滑輪5和吊絲6這幾部分，其中配重塊2可以在兩條豎直導(dǎo)軌間做上下直線運動，PLC控制器2、變頻電動機(jī)3和定滑輪5固定在變重力實驗臺上，變頻電動機(jī)放置在建筑樓層31-32米位置處，實驗裝置距地面高度大約為30.5m。其中PLC控制器2，需要編寫電動機(jī)的控制算法，與變頻器外接，進(jìn)行指令的傳達(dá)；變頻電動機(jī)3接入三相交流電，電流的頻率由PLC控制器2通過變頻器進(jìn)行控制，變頻電動機(jī)3的聯(lián)軸器與吊絲6相連，進(jìn)行動力的傳遞，輪圓外徑大約100_，定滑輪5固定在平臺的外緣由支架進(jìn)行固定，減少吊繩的摩擦。將配重塊1與變頻電動機(jī)3、定滑輪5和實驗艙4順次由吊繩6連接起來，組成一個運動系統(tǒng)。
[0038]如圖2所示，該圖為本發(fā)明的基于變重力條件下的固體燃料燃燒實驗裝置的實驗艙平面示意圖，實驗艙4由燃燒艙7和頭錐8組成，其中燃燒艙7為高500mm，外徑420mm的圓柱形結(jié)構(gòu)，以厚度為1_的鋼板為材料加工而成；頭錐8為直徑為420_的球形配重塊，其特征在于，減小空氣阻力的影響，同時增加落體實驗艙4的強(qiáng)度，穩(wěn)定重心，可以保證實驗艙4在下落過程中的近似保持豎直狀態(tài)，燃燒艙7和頭錐8由不銹鋼螺栓固定，便于拆卸改裝，使用密封膠帶封口。
[0039]如圖3a和圖3b所示，該圖為本發(fā)明的基于變重力條件下的固體燃料燃燒實驗裝置的燃燒艙布置圖；它由數(shù)碼攝像機(jī)11、無線信號接收器12、PLC點火控制器13、直流電源14、點火線路15、電熱絲16、燃燒支架17、固體燃料18、熱電偶19、數(shù)據(jù)采集器21、背景幕墻20和實驗基板9組成；實驗的主要設(shè)備全部固定于實驗基板9，基板為直徑400mm的圓形木板，通過泡沫塑料與頭錐8連接，采用12V鉛蓄電池14為實驗同一供電，電源位于PLC控制器與點火線路之間，實驗基板9上的設(shè)備主要有數(shù)碼攝像機(jī)11、無線接收器12、直流電源14、點火線路15、燃燒支架17、背景幕墻20、以及數(shù)據(jù)采集器21 ;燃燒支架位于點火線路15的上部，點火線路1