底排推進(jìn)劑瞬態(tài)泄壓燃燒失穩(wěn)特性測(cè)試裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種底排推進(jìn)劑瞬態(tài)泄壓燃燒失穩(wěn)特性測(cè)試裝置，該裝置的主燃燒室上裝有透明觀察窗、點(diǎn)火燃燒室、測(cè)溫組件、泄壓組件和壓力傳感器；點(diǎn)火燃燒室用于點(diǎn)燃待測(cè)藥條，測(cè)溫組件上密封安裝微熱電偶；當(dāng)主燃燒室內(nèi)的壓力達(dá)到泄壓組件耐壓極限時(shí)，實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)泄壓；壓力傳感器測(cè)量燃燒過(guò)程中主燃燒室內(nèi)的壓力變化，高速攝像儀通過(guò)光路轉(zhuǎn)換器和透明觀察窗拍攝待測(cè)藥條的燃燒情況，熱電偶測(cè)溫儀測(cè)試待測(cè)藥條的固相溫度分布；數(shù)據(jù)采集器采集并記錄壓力傳感器的輸出數(shù)據(jù)，連同高速攝像照片和微熱電偶測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)一起傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理；本發(fā)明可以測(cè)量底排推進(jìn)劑在不同的泄壓初始?jí)毫徒祲核俾氏碌娜紵俾?、燃燒狀態(tài)和固相溫度分布。
【專(zhuān)利說(shuō)明】底排推進(jìn)劑瞬態(tài)泄壓燃燒失穩(wěn)特性測(cè)試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于固體推進(jìn)劑【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種底排推進(jìn)劑瞬態(tài)泄壓燃燒失穩(wěn)特性測(cè)試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]AP/HTPB復(fù)合推進(jìn)劑在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和大口徑火炮的底部排氣増程技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。為了精確控制火箭的彈道，提高其工作靈活性，通常需要通過(guò)反推力裝置實(shí)現(xiàn)推力終止，采用快速降壓使推進(jìn)劑熄火是最具吸引力的方法之一；而底排彈所用的AP/HTPB推進(jìn)劑在彈丸出炮口瞬間，將經(jīng)歷比火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工況更為惡劣的瞬態(tài)泄壓過(guò)程，可能引起燃燒失穩(wěn)，影響彈丸射擊精度。
[0003]國(guó)外早在20世紀(jì)60年代就開(kāi)始對(duì)固體推進(jìn)劑在降壓條件下的燃燒特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論研究。實(shí)驗(yàn)表明，存在一個(gè)使穩(wěn)定燃燒的固體推進(jìn)劑(包括復(fù)合型和雙基型)熄火的最小降壓速率；研究者們提出了幾種固體推進(jìn)劑快速降壓熄火機(jī)理，主要目的是預(yù)測(cè)使推進(jìn)劑熄火所需的臨界降壓速率。尚未見(jiàn)到國(guó)外報(bào)道過(guò)以底排彈為背景開(kāi)展的AP/HTPB復(fù)合推進(jìn)劑瞬態(tài)泄壓燃燒特性研究，國(guó)內(nèi)陸春義等人使用半密閉爆發(fā)器模擬底排彈出炮口時(shí)的瞬態(tài)泄壓條件，研究了高降壓速率下AP/HTPB復(fù)合底排推進(jìn)劑的瞬變?nèi)紵匦?，認(rèn)為在底排彈出炮口時(shí)，底排推進(jìn)劑可能發(fā)生燃燒失穩(wěn)，基本處于熄火/復(fù)燃的臨界狀態(tài)(陸春義等:含能材料，16 (6):587-591，2007)。他們所采用的半密閉爆發(fā)器沒(méi)有觀察窗，無(wú)法直接觀察底排推進(jìn)劑的燃燒過(guò)程，也沒(méi)有測(cè)量推進(jìn)劑溫度分布，能夠測(cè)試的參數(shù)十分有限。趙宏立等人設(shè)計(jì)了一種含單觀察窗的半密閉爆發(fā)器，研究了一種雙基發(fā)射藥的瞬態(tài)燃燒特性(趙宏立等:火炸藥學(xué)報(bào)，35 (I):64-68，2012)。他們采用黑火藥引燃被測(cè)樣品藥柱的點(diǎn)火方式，對(duì)于雙基推進(jìn)劑，采用這種方式容易實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火，但實(shí)踐表明，對(duì)于復(fù)合推進(jìn)劑，這種點(diǎn)火方式是不可靠的。此外，他們也未能測(cè)試推進(jìn)劑燃燒過(guò)程中的溫度變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種不僅能夠測(cè)試泄壓過(guò)程中的壓力變化，直接觀察藥條的燃燒情況，還可準(zhǔn)確地測(cè)量藥條的固相溫度分布的底排推進(jìn)劑瞬態(tài)泄壓燃燒失穩(wěn)特性測(cè)
試裝置。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:
[0006]一種底排推進(jìn)劑瞬態(tài)泄壓燃燒失穩(wěn)特性測(cè)試裝置，包括主燃燒室、點(diǎn)火燃燒室、壓力傳感器、脈沖電源、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)，還包括測(cè)溫組件、泄壓組件、光路轉(zhuǎn)換器、高速攝像儀、熱電偶測(cè)溫儀；主燃燒室一端通過(guò)螺紋與測(cè)溫組件連接，另一端通過(guò)螺紋與泄壓組件連接；主燃燒室側(cè)面上安裝有點(diǎn)火燃燒室和壓力傳感器，主燃燒室上垂直于測(cè)壓孔的側(cè)面同軸開(kāi)設(shè)兩個(gè)窗口，密封安裝透明觀察窗；在透明觀察窗前方設(shè)置光路轉(zhuǎn)換器，高速攝像儀設(shè)置在光路轉(zhuǎn)換器一側(cè)，數(shù)據(jù)采集器連接壓力傳感器，熱電偶測(cè)溫儀連接測(cè)溫組件，脈沖電源連接點(diǎn)火燃燒室；高速攝像儀、數(shù)據(jù)采集器和熱電偶測(cè)溫儀連接計(jì)算機(jī)。[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):
[0008](I)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)藥條的可靠點(diǎn)火。
[0009](2)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)由于采用了觀察窗的設(shè)計(jì)，可以利用高速攝像儀清晰地拍攝到了瞬態(tài)泄壓過(guò)程中待測(cè)藥條的燃燒情況，便于觀察。
[0010](3)本發(fā)明采用壓力傳感器和微熱電偶的設(shè)計(jì)，不僅能夠測(cè)試泄壓過(guò)程中的壓力變化，還可準(zhǔn)確地測(cè)量藥條的固相溫度分布。
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明主燃燒室的結(jié)構(gòu)組成與連接關(guān)系示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明主燃燒室及其相連各部件的結(jié)構(gòu)組成與連接關(guān)系示意圖。
[0015]圖4是本發(fā)明待測(cè)藥條緊固結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖5是本發(fā)明典型的瞬態(tài)燃燒過(guò)程壓力-時(shí)間變化曲線(xiàn)。
[0017]圖6是本發(fā)明典型的待測(cè)藥條固相溫度-時(shí)間變化曲線(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明一種底排推進(jìn)劑瞬態(tài)泄壓燃燒失穩(wěn)特性測(cè)試裝置，包括主燃燒室1、點(diǎn)火燃燒室2、壓力傳感器5、脈沖電源6、數(shù)據(jù)采集器11和計(jì)算機(jī)12，還包括測(cè)溫組件3、泄壓組件4、光路轉(zhuǎn)換器7、高速攝像儀8、熱電偶測(cè)溫儀10 ;主燃燒室I 一端通過(guò)螺紋與測(cè)溫組件3連接，另一端通過(guò)螺紋與泄壓組件4連接；主燃燒室I側(cè)面上安裝有點(diǎn)火燃燒室2和壓力傳感器5，主燃燒室I上垂直于測(cè)壓孔的側(cè)面同軸開(kāi)設(shè)兩個(gè)窗口，密封安裝透明觀察窗1-3 ；在透明觀察窗1-3前方設(shè)置光路轉(zhuǎn)換器7，高速攝像儀8設(shè)置在光路轉(zhuǎn)換器7 —側(cè)，數(shù)據(jù)采集器11連接壓力傳感器5，熱電偶測(cè)溫儀10連接測(cè)溫組件3，脈沖電源6連接點(diǎn)火燃燒室
2;高速攝像儀8、數(shù)據(jù)采集器11和熱電偶測(cè)溫儀10連接計(jì)算機(jī)12。
[0019]點(diǎn)火燃燒室2包括點(diǎn)火燃燒室本體2-1，點(diǎn)火堵頭密封墊圈2-2，點(diǎn)火堵頭2_3，第一電極2-4，第二電極2-5，第三電極2-9，第四電極2-10，絕緣套筒2_6，絕緣墊片2_7，點(diǎn)火壓螺2-8，點(diǎn)火藥包2-11和限壓膜片2-12 ;點(diǎn)火堵頭2-3上嵌有點(diǎn)火堵頭密封墊圈2_2，通過(guò)螺紋連接在點(diǎn)火燃燒室本體2-1上，第一電極2-4設(shè)置在點(diǎn)火堵頭2-3內(nèi)，遠(yuǎn)離點(diǎn)火燃燒室本體2-1的一端伸出點(diǎn)火堵頭2-3，絕緣墊片2-7設(shè)置在第一電極2-4靠近點(diǎn)火燃燒室本體2-1的一端，絕緣套筒2-6和絕緣墊片2-7包裹住第一電極2-4，點(diǎn)火壓螺2_8伸入點(diǎn)火堵頭2-3，壓住絕緣墊片2-7，第三電極2-9穿過(guò)點(diǎn)火壓螺2-8和絕緣墊片2_7與第一電極2-4固定連接；第二電極2-5固定連接在點(diǎn)火堵頭2-3上位于第三電極2-9的一端，第四電極2-10固定連接在點(diǎn)火堵頭2-3上位于第一電極2-4的一端；第一電極2-4和第二電極
2-5連接脈沖電源，第三電極2-9和第四電極2-10連接穿過(guò)點(diǎn)火藥包2-11的鎳鉻合金絲；限壓膜片2-12設(shè)置在點(diǎn)火燃燒室本體2-1與主燃燒室I之間。
[0020]測(cè)溫組件3包括測(cè)溫堵頭3-1、密封墊片3-2、金屬套筒3_3、封裝墊片3_4、測(cè)溫壓螺3-5、藥條夾板3-6、微熱電偶3-7、待測(cè)藥條3-8、緊固螺釘3_9和定位螺釘3_10 ;密封墊片3-2套在測(cè)溫堵頭3-1上，測(cè)溫堵頭3-1通過(guò)螺紋連接在主燃燒室I上，藥條夾板3-6固定在測(cè)溫堵頭3-1上，藥條夾板3-6上固定有待測(cè)藥條3-8，金屬套筒3-3設(shè)置在測(cè)溫堵頭3-1內(nèi)，其內(nèi)腔由環(huán)氧膠填滿(mǎn)，封裝墊片3-4蓋住金屬套筒3-3，測(cè)溫壓螺3-5壓住封裝墊片
3-4并通過(guò)螺紋旋入測(cè)溫堵頭3-1，測(cè)溫壓螺3-5的內(nèi)腔填滿(mǎn)高溫膠，微熱電偶3-7的探頭插入待測(cè)藥條3-8內(nèi)，另一端依次穿過(guò)測(cè)溫壓螺3-5、封裝墊片3-4、金屬套筒3-3和測(cè)溫堵頭3-1，通過(guò)高溫導(dǎo)線(xiàn)連接到熱電偶測(cè)溫儀10。
[0021]泄壓組件4包括小泄壓堵頭4-1、大泄壓堵頭4-2、剪切膜片4_3和密封墊片4_4 ；密封墊片4-4套在大泄壓堵頭4-2上，大泄壓堵頭4-2通過(guò)螺紋連接在主燃燒室I上，剪切膜片4-3放入大泄壓堵頭4-2的螺紋孔肩臺(tái)上，小泄壓堵頭4-1旋入大泄壓堵頭4-2的螺紋孔，壓緊小泄壓堵頭4-1和大泄壓堵頭4-2之間的剪切膜片4-3。
[0022]主燃燒室I包括主燃燒室本體1-1、墊片1-2、透明觀察窗1-3、法蘭蓋1_4和緊固螺栓1-5 ;主燃燒室本體1-1上有觀察窗底座，透明觀察窗1-3通過(guò)法蘭蓋1-4和緊固螺栓
1-5固定在觀察窗底座上，觀察窗底座與透明觀察窗1-3之間以及透明觀察窗1-3與法蘭蓋1-4之間設(shè)置墊片1-2。
[0023]壓力傳感器5和數(shù)據(jù)采集器11之間設(shè)置電荷放大器9。
[0024]實(shí)施例:
[0025]一種底排推進(jìn)劑瞬態(tài)泄壓燃燒失穩(wěn)特性測(cè)試裝置，包括主燃燒室1、點(diǎn)火燃燒室
2、壓力傳感器5、脈沖電源6、數(shù)據(jù)采集器11和計(jì)算機(jī)12，還包括測(cè)溫組件3、泄壓組件4、光路轉(zhuǎn)換器7、高速攝像儀8、熱電偶測(cè)溫儀10 ;主燃燒室I 一端通過(guò)螺紋與測(cè)溫組件3連接，用于測(cè)試待測(cè)藥條的固相溫度分布，主燃燒室I另一端通過(guò)螺紋與泄壓組件4連接，當(dāng)主燃燒室I內(nèi)的壓力超出一定限制時(shí)，起泄壓作用；主燃燒室I側(cè)面上安裝有點(diǎn)火燃燒室2和壓力傳感器5，主燃燒室I上垂直于測(cè)壓孔的側(cè)面同軸開(kāi)設(shè)兩個(gè)窗口，密封安裝透明觀察窗1-3 ;在透明觀察窗1-3前方設(shè)置光路轉(zhuǎn)換器7，高速攝像儀8設(shè)置在光路轉(zhuǎn)換器7 —側(cè)，高速攝像儀8通過(guò)光路轉(zhuǎn)換器7和透明觀察窗1-3拍攝待測(cè)藥條3-8在瞬態(tài)泄壓以及穩(wěn)態(tài)燃燒條件下的燃燒情況；數(shù)據(jù)采集器11通過(guò)電荷放大器9連接壓力傳感器5，壓力傳感器5可測(cè)量整個(gè)燃燒過(guò)程中主燃燒室內(nèi)I的壓力變化；熱電偶測(cè)溫儀10連接測(cè)溫組件3 ;脈沖電源6連接點(diǎn)火燃燒室2，用于點(diǎn)燃待測(cè)藥條3-8 ;高速攝像儀8、數(shù)據(jù)采集器11和熱電偶測(cè)溫儀10連接計(jì)算機(jī)12，數(shù)據(jù)采集器11采集并記錄壓力傳感器5的輸出數(shù)據(jù)，連同高速攝像照片和微熱電偶測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)一起傳入計(jì)算機(jī)12中進(jìn)行分析處理。
[0026]點(diǎn)火燃燒室2包括點(diǎn)火燃燒室本體2-1，點(diǎn)火堵頭密封墊圈2-2，點(diǎn)火堵頭2_3，第一電極2-4，第二電極2-5，第三電極2-9，第四電極2-10，絕緣套筒2_6，絕緣墊片2_7，點(diǎn)火壓螺2-8，點(diǎn)火藥包2-11和限壓膜片2-12 ;點(diǎn)火堵頭2-3上嵌有點(diǎn)火堵頭密封墊圈2_2，通過(guò)螺紋連接在點(diǎn)火燃燒室本體2-1上，第一電極2-4設(shè)置在點(diǎn)火堵頭2-3內(nèi)，遠(yuǎn)離點(diǎn)火燃燒室本體2-1的一端伸出點(diǎn)火堵頭2-3，絕緣墊片2-7設(shè)置在第一電極2-4靠近點(diǎn)火燃燒室本體2-1的一端，絕緣套筒2-6和絕緣墊片2-7包裹住第一電極2-4，點(diǎn)火壓螺2_8通過(guò)螺紋旋入點(diǎn)火堵頭2-3，壓住絕緣墊片2-7，第三電極2-9穿過(guò)點(diǎn)火壓螺2-8和絕緣墊片2_7與第一電極2-4螺紋連接，保證第一電極2-4和第三電極2-9與點(diǎn)火堵頭2-3絕緣；第二電極
2-5通過(guò)螺紋連接在點(diǎn)火堵頭2-3上位于第三電極2-9的一端，與點(diǎn)火堵頭2-3導(dǎo)通，第四電極2-10通過(guò)螺紋連接在點(diǎn)火堵頭2-3上位于第一電極2-4的一端，與點(diǎn)火堵頭2-3導(dǎo)通；第一電極2-4和第二電極2-5連接脈沖電源，第三電極2-9和第四電極2-10連接穿過(guò)點(diǎn)火藥包2-11的鎳鉻合金絲；限壓膜片2-12設(shè)置在點(diǎn)火燃燒室本體2-1與主燃燒室I之間；當(dāng)脈沖電源6啟動(dòng)時(shí)，點(diǎn)燃點(diǎn)火藥包2-11和附加的推進(jìn)劑藥粒，當(dāng)點(diǎn)火燃燒室內(nèi)2壓力達(dá)到一定值時(shí)，沖破限壓膜片2-12，產(chǎn)生持續(xù)的高溫燃?xì)馍淞鳎瑖娚涞酱郎y(cè)藥條3-8表面實(shí)現(xiàn)可靠點(diǎn)火。
[0027]測(cè)溫組件3包括測(cè)溫堵頭3-1、密封墊片3-2、金屬套筒3_3、封裝墊片3_4、測(cè)溫壓螺3-5、藥條夾板3-6、微熱電偶3-7、待測(cè)藥條3-8、緊固螺釘3_9和定位螺釘3_10 ;密封墊片3-2套在測(cè)溫堵頭3-1上，測(cè)溫堵頭3-1通過(guò)螺紋連接在主燃燒室I上，藥條夾板3-6通過(guò)定位螺釘3-10固定在測(cè)溫堵頭3-1上，藥條夾板3-6分為兩塊夾板，待測(cè)藥條3-8緊貼一側(cè)較長(zhǎng)的夾板，緊固螺釘3-9旋入另一側(cè)較短夾板上的螺孔，夾緊待測(cè)藥條3-8 ;金屬套筒3-3設(shè)置在測(cè)溫堵頭3-1內(nèi)，其內(nèi)腔由環(huán)氧膠填滿(mǎn)，封裝墊片3-4蓋住金屬套筒3-3，測(cè)溫壓螺3-5壓住封裝墊片3-4并通過(guò)螺紋旋入測(cè)溫堵頭3-1，測(cè)溫壓螺3-5的內(nèi)腔填滿(mǎn)高溫膠，微熱電偶3-7的探頭插入待測(cè)藥條3-8內(nèi)，另一端依次穿過(guò)測(cè)溫壓螺3-5、封裝墊片3-4、金屬套筒3-3和測(cè)溫堵頭3-1，通過(guò)高溫導(dǎo)線(xiàn)連接到熱電偶測(cè)溫儀10，具體設(shè)置方式如下:微熱電偶3-7依次穿過(guò)測(cè)溫堵頭3-1、金屬套筒3-3、封裝墊片3-4和測(cè)溫壓螺3_5，用環(huán)氧膠填滿(mǎn)金屬套筒3-3內(nèi)腔，實(shí)現(xiàn)固化密封，并用封裝墊片3-4蓋住金屬套筒3-3，將測(cè)溫壓螺3-5通過(guò)螺紋旋入測(cè)溫堵頭3-1，用高溫膠填滿(mǎn)測(cè)溫壓螺3-5內(nèi)腔，將微熱電偶3-7的探頭插入待測(cè)藥條3-8內(nèi)，通過(guò)高溫導(dǎo)線(xiàn)連接到熱電偶測(cè)溫儀10，可以獲得待測(cè)藥條3-8的固相溫度分布。
[0028]泄壓組件4包括小泄壓堵頭4-1、大泄壓堵頭4-2、剪切膜片4_3和密封墊片4_4 ；密封墊片4-4套在大泄壓堵頭4-2上，大泄壓堵頭4-2通過(guò)螺紋連接在主燃燒室I上，剪切膜片4-3放入大泄壓堵頭4-2的螺紋孔肩臺(tái)上，小泄壓堵頭4-1旋入大泄壓堵頭4-2的螺紋孔，壓緊小泄壓堵頭4-1和大泄壓堵頭4-2之間的剪切膜片4-3 ;當(dāng)主燃燒室I內(nèi)壓力達(dá)到剪切膜片4-3的耐壓極限時(shí)，剪切膜片4-3被高壓燃?xì)鈸舸魅紵襂內(nèi)的燃?xì)庀蛲馀懦觯瑝毫ρ杆傧陆?；通過(guò)調(diào)節(jié)小泄壓堵頭4-1的噴孔直徑、剪切膜片4-3的材料與厚度以及主燃燒室I中助壓藥包的藥量，可以獲得不同的泄壓初始?jí)毫徒祲核俾省?br> [0029]主燃燒室I包括主燃燒室本體1-1、聚四氟乙烯墊片、透明觀察窗1-3、法蘭蓋1-4和緊固螺栓1-5 ;主燃燒室本體1-1上有觀察窗底座，透明觀察窗1-3通過(guò)法蘭蓋1-4和緊固螺栓1-5固定在觀察窗底座上，觀察窗底座與透明觀察窗1-3之間以及透明觀察窗1-3與法蘭蓋1-4之間設(shè)置聚四氟乙烯墊片；具體設(shè)置方式如下:先在觀察窗底座內(nèi)放置一層聚四氟乙烯墊片，再放入特種石英玻璃材質(zhì)的透明觀察窗1-3，防止透明觀察窗1-3直接與鋼質(zhì)材料硬接觸，并起到密封作用；在法蘭蓋1-4的凹槽內(nèi)也放入一層聚四氟乙烯墊片，通過(guò)緊固螺栓1-5將法蘭蓋1-4固定在主燃燒室I上；高速攝像儀8通過(guò)光路轉(zhuǎn)換器7和透明觀察窗1-3拍攝待測(cè)藥條3-8在瞬態(tài)泄壓以及穩(wěn)態(tài)燃燒條件下的燃燒情況。
[0030]實(shí)施例具體參數(shù):
[0031]主燃燒室I容積約為430ml ;透明觀察窗1-3采用直徑為65mm、厚度為20mm的特種石英玻璃；點(diǎn)火藥包2-11為2#硝化棉和3/1火藥組成的混合火藥；鎳鉻合金絲直徑為
0.1mm;限壓膜片2-12為厚0.1mm的紫銅膜片；微熱電偶3_7采用直徑為0.1mm的K型熱電偶；待測(cè)藥條3-8為IOmmX IOmmX 20mm的長(zhǎng)方體AP/HTPB推進(jìn)劑藥柱；小泄壓堵頭4_1的噴孔直徑有3種，分別為4.0mm、6.0mm和8.0mm ;剪切膜片4-3為厚0.06mm?0.1mm的紫銅膜片和賽璐珞膜片，可有多種組合方式；高速攝像儀8拍攝速度為1000幀/秒。
[0032]實(shí)驗(yàn)前，需進(jìn)行主燃燒室I的準(zhǔn)備、建壓藥包的準(zhǔn)備、測(cè)溫組件3的準(zhǔn)備、泄壓組件5的準(zhǔn)備、點(diǎn)火燃燒室2的準(zhǔn)備、測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)備:
[0033]第一、主燃燒室I的準(zhǔn)備是先將一層聚四氟乙烯墊片放入主燃燒室本體1-1的觀察窗底座內(nèi)，再放入擦拭干凈的透明觀察窗1-3 ;在法蘭蓋1-4的凹槽內(nèi)放入一層聚四氟乙烯墊片，最后通過(guò)緊固螺栓1-5將法蘭蓋1-4固定在主燃燒室本體1-1上。
[0034]第二、建壓藥包的準(zhǔn)備是根據(jù)所需泄壓初始?jí)毫Φ拇笮。Q(chēng)量4/7和5/7火藥，并制成藥包，固定在測(cè)溫組件3上藥條夾板3-6較長(zhǎng)的夾板背面。
[0035]第三、測(cè)溫組件3的準(zhǔn)備是預(yù)先將微熱電偶3-7穿過(guò)金屬套筒3-3和封裝墊片3-4，用環(huán)氧膠填滿(mǎn)金屬套筒3-3內(nèi)腔，蓋上封裝墊片3-4，固化后待用；將待測(cè)藥條3-8通過(guò)藥條夾板3-6固定在測(cè)溫堵頭3-1上，將封裝好的微熱電偶3-7裝配在測(cè)溫堵頭3-1上，用測(cè)溫壓螺3-5壓緊，將微熱電偶3-7探頭插入待測(cè)藥條3-8內(nèi)；將密封墊圈套在測(cè)溫堵頭
3-1上，測(cè)溫堵頭3-1通過(guò)螺紋連接在主燃燒室I上，確保密封良好。
[0036]第四、泄壓組件4的準(zhǔn)備是將密封墊圈套在大泄壓堵頭4-2上，將大泄壓堵頭4-2旋緊在主燃燒室I上，將剪切膜片4-3放入大泄壓堵頭4-2的螺紋孔肩臺(tái)上，將小泄壓堵頭
4-1旋入大泄壓堵頭4-2的螺紋孔，壓緊剪切膜片4-3。
[0037]第五、點(diǎn)火燃燒室2的準(zhǔn)備是每次實(shí)驗(yàn)前均稱(chēng)量0.50g的2#硝化棉和3/1火藥制成點(diǎn)火藥包2-11，并剪一片厚0.1mm的紫銅膜片作為限壓膜片2_12，以保持點(diǎn)火一致性；將點(diǎn)火電極裝配在點(diǎn)火堵頭2-3上,將鎳鉻合金絲穿過(guò)點(diǎn)火藥包2-11,連接在點(diǎn)火電極上，用萬(wàn)用表檢查，確保導(dǎo)通；將附加的推進(jìn)劑藥粒放入點(diǎn)火燃燒室本體2-1內(nèi)，將點(diǎn)火堵頭密封墊圈2-2粘在點(diǎn)火堵頭2-3上，旋緊在點(diǎn)火燃燒室本體2-1上；將限壓膜片2-12粘在點(diǎn)火燃燒室2的噴口上，將點(diǎn)火燃燒室2旋緊在主燃燒室I上，確保密封良好。
[0038]第六、測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)備是將壓力傳感器5安裝在主燃燒室I上，將電荷放大器9的地線(xiàn)接地，以減小信號(hào)漂移；調(diào)整好光路轉(zhuǎn)換器7和高速攝像儀8，保證獲得最佳的拍攝效果；確保各測(cè)試儀器可正常工作后，脈沖電源6開(kāi)機(jī)充電待用。
[0039]實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先啟動(dòng)電荷放大器9、熱電偶測(cè)溫儀10和數(shù)據(jù)采集器11，在脈沖電源6即將放電前啟動(dòng)高速攝像儀8 ;脈沖電源6放電后，點(diǎn)火藥包2-11和附加的推進(jìn)劑藥粒被點(diǎn)燃，點(diǎn)火燃燒室2產(chǎn)生高溫燃?xì)馍淞?，主燃燒室I內(nèi)的建壓藥包被瞬時(shí)點(diǎn)燃，點(diǎn)火射流噴射到待測(cè)藥條3-8表面上數(shù)十毫秒后可將其點(diǎn)燃；當(dāng)主燃燒室I內(nèi)壓力達(dá)到剪切膜片4-3的耐壓極限時(shí)，剪切膜片4-3被高壓燃?xì)鈸舸?，主燃燒室I內(nèi)壓力迅速下降，待測(cè)藥條3-8在瞬態(tài)泄壓條件下將出現(xiàn)持續(xù)燃燒、熄火-復(fù)燃、完全熄火等瞬態(tài)燃燒行為；若選用足夠厚的剪切膜片4-3，能夠承受主燃燒室I內(nèi)的最大壓力，則待測(cè)藥條3-8將在近似穩(wěn)定的壓力下燃燒，根據(jù)高速攝像照片，可獲得其平均穩(wěn)態(tài)燃燒速率。
[0040]例如點(diǎn)火燃燒室2內(nèi)附加的推進(jìn)劑藥粒質(zhì)量為1.38g ;稱(chēng)取總重為3.50g的4/7和5/7火藥，制成建壓藥包；采用噴孔直徑為4.0mm的小泄壓堵頭4-1 ;剪切膜片4_3為0.06mm厚的紫銅膜片。一次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的壓力曲線(xiàn)和固相溫度曲線(xiàn)分別如圖5和圖6所示，高速攝像儀8拍攝的燃燒過(guò)程序列照片中均以點(diǎn)火射流開(kāi)始噴射的時(shí)刻作為時(shí)間起點(diǎn)。根據(jù)圖5可得最大壓力為Pm=5.72MPa，最大降壓速率為dp/dt=_52.7MPa/s ;根據(jù)圖6推進(jìn)劑固相溫度分布可處理得到燃燒表面溫度Ts=961.9K ;實(shí)際可觀察到點(diǎn)火射流噴射(t=0)、建壓藥包著火(t=3ms)、待測(cè)藥條3-8著火(t=27ms)、待測(cè)藥條3_8穩(wěn)定燃燒(t=47ms)、燃?xì)忾_(kāi)始外噴(t=66ms)、待測(cè)藥條3-8熄火(t=160ms)及復(fù)燃(t=2350ms)等現(xiàn)象,可斷定此例實(shí)驗(yàn)為熄火-復(fù)燃狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種底排推進(jìn)劑瞬態(tài)泄壓燃燒失穩(wěn)特性測(cè)試裝置，包括主燃燒室(I)、點(diǎn)火燃燒室(2)、壓力傳感器(5)、脈沖電源(6)、數(shù)據(jù)采集器(11)和計(jì)算機(jī)(12)，其特征在于，還包括測(cè)溫組件(3)、泄壓組件(4)、光路轉(zhuǎn)換器(7)、高速攝像儀(8)、熱電偶測(cè)溫儀(10);主燃燒室(I)一端通過(guò)螺紋與測(cè)溫組件(3)連接，另一端通過(guò)螺紋與泄壓組件(4)連接；主燃燒室(I) 側(cè)面上安裝有點(diǎn)火燃燒室(2 )和壓力傳感器(5 )，主燃燒室(I)上垂直于測(cè)壓孔的側(cè)面同軸開(kāi)設(shè)兩個(gè)窗口，密封安裝透明觀察窗(1-3);在透明觀察窗(1-3)前方設(shè)置光路轉(zhuǎn)換器(7)，高速攝像儀(8 )設(shè)置在光路轉(zhuǎn)換器(7 ) 一側(cè)，數(shù)據(jù)采集器(11)連接壓力傳感器(5 )，熱電偶測(cè)溫儀(10)連接測(cè)溫組件(3 )，脈沖電源(6 )連接點(diǎn)火燃燒室(2 );高速攝像儀(8 )、數(shù)據(jù)采集器(11)和熱電偶測(cè)溫儀(10 )連接計(jì)算機(jī)(12 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種底排推進(jìn)劑瞬態(tài)泄壓燃燒失穩(wěn)特性測(cè)試裝置，其特征在于:所述的點(diǎn)火燃燒室(2)包括點(diǎn)火燃燒室本體(2-1)，點(diǎn)火堵頭密封墊圈(2-2)，點(diǎn)火堵頭(2-3)，第一電極(2-4)，第二電極(2-5)，第三電極(2-9)，第四電極(2-10)，絕緣套筒(2-6)，絕緣墊片(2-7)，點(diǎn)火壓螺(2-8)，點(diǎn)火藥包(2-11)和限壓膜片(2_12);點(diǎn)火堵頭(2-3)上嵌有點(diǎn)火堵頭密封墊圈(2-2)，通過(guò)螺紋連接在點(diǎn)火燃燒室本體(2-1)上，第一電極(2-4)設(shè)置在點(diǎn)火堵頭(2-3)內(nèi)，遠(yuǎn)離點(diǎn)火燃燒室本體(2-1)的一端伸出點(diǎn)火堵頭(2-3)，絕緣墊片(2-7 )設(shè)置在第一電極(2-4)靠近點(diǎn)火燃燒室本體(2-1)的一端，絕緣套筒(2-6 )和絕緣墊片(2-7)包裹住第一電極(2-4)，點(diǎn)火壓螺(2-8)伸入點(diǎn)火堵頭(2-3)，壓住絕緣墊片(2-7)，第三電極(2-9)穿過(guò)點(diǎn)火壓螺(2-8)和絕緣墊片(2-7)與第一電極(2_4)固定連接；第二電極(2-5)固定連接在點(diǎn)火堵頭(2-3)上位于第三電極(2-9)的一端，第四電極(2-10)固定連接在點(diǎn)火堵頭(2-3)上位于第一電極(2-4)的一端；第一電極(2-4)和第二電極(2-5)連接脈沖電源，第三電極(2-9)和第四電極(2-10)連接穿過(guò)點(diǎn)火藥包(2-11)的鎳鉻合金絲；限壓膜片(2-12)設(shè)置在點(diǎn)火燃燒室本體(2-1)與主燃燒室(I)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種底排推進(jìn)劑瞬態(tài)泄壓燃燒失穩(wěn)特性測(cè)試裝置，其特征在于:所述的測(cè)溫組件(3)包括測(cè)溫堵頭(3-1)、密封墊片(3-2)、金屬套筒(3-3)、封裝墊片(3-4)、測(cè)溫壓螺(3-5)、藥條夾板(3-6)、微熱電偶(3-7)、待測(cè)藥條(3-8)、緊固螺釘(3-9)和定位螺釘(3-10);密封墊片(3-2)套在測(cè)溫堵頭(3-1)上，測(cè)溫堵頭(3-1)通過(guò)螺紋連接在主燃燒室(I)上，藥條夾板(3-6)固定在測(cè)溫堵頭(3-1)上，藥條夾板(3-6)上固定有待測(cè)藥條(3-8)，金屬套筒(3-3)設(shè)置在測(cè)溫堵頭(3-1)內(nèi)，其內(nèi)腔由環(huán)氧膠填滿(mǎn)，封裝墊片(3-4 )蓋住金屬套筒(3-3 )，測(cè)溫壓螺(3-5 )壓住封裝墊片(3-4 )并通過(guò)螺紋旋入測(cè)溫堵頭(3-1)，測(cè)溫壓螺(3-5)的內(nèi)腔填滿(mǎn)高溫膠，微熱電偶(3-7)的探頭插入待測(cè)藥條(3-8)內(nèi)，另一端依次穿過(guò)測(cè)溫壓螺(3-5)、封裝墊片(3-4)、金屬套筒(3-3)和測(cè)溫堵頭(3-1)，通過(guò)高溫導(dǎo)線(xiàn)連接到熱電偶測(cè)溫儀(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種底排推進(jìn)劑瞬態(tài)泄壓燃燒失穩(wěn)特性測(cè)試裝置，其特征在于:所述的泄壓組件(4)包括小泄壓堵頭(4-1)、大泄壓堵頭(4-2)、剪切膜片(4-3)和密封墊片(4-4);密封墊片(4-4)套在大泄壓堵頭(4-2)上，大泄壓堵頭(4-2)通過(guò)螺紋連接在主燃燒室(I)上，剪切膜片(4-3)放入大泄壓堵頭(4-2)的螺紋孔肩臺(tái)上，小泄壓堵頭(4-1)旋入大泄壓堵頭(4-2)的螺紋孔，壓緊小泄壓堵頭(4-1)和大泄壓堵頭(4-2)之間的剪切膜片(4-3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種底排推進(jìn)劑瞬態(tài)泄壓燃燒失穩(wěn)特性測(cè)試裝置，其特征在于:所述的主燃燒室(I)包括主燃燒室本體(1-1)、墊片(1-2)、透明觀察窗(1-3)、法蘭蓋(1-4)和緊固螺栓(1-5);主燃燒室本體(1-1)上有觀察窗底座，透明觀察窗(1-3)通過(guò)法蘭蓋(1-4)和緊固螺栓(1-5)固定在觀察窗底座上，觀察窗底座與透明觀察窗(1-3)之間以及透明觀察窗(1-3)與法蘭蓋(1-4)之間設(shè)置墊片(1-2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種底排推進(jìn)劑瞬態(tài)泄壓燃燒失穩(wěn)特性測(cè)試裝置，其特征在于:所述的壓力傳感器(5)和數(shù)據(jù)采集器(11)之間設(shè)置電荷放大器(9)。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK103697935SQ201310491701
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】余永剛, 曹永杰, 葉銳, 周彥煌, 劉東堯, 陸欣, 劉殿金, 張領(lǐng)科 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)