固體推進(jìn)劑熄火的臨界降壓速率測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種可燃物燃燒后焰火的臨界降壓速率測試方法，尤其是應(yīng)用于推進(jìn) 劑和發(fā)射藥焰火臨界降壓速率的測試。
【背景技術(shù)】
[0002] 為提高導(dǎo)彈的機動性、突防能力和命中精度，需要作為動力裝置的火箭發(fā)動機具 有推力可控和多次啟動的能力。要實現(xiàn)火箭發(fā)動機推力可控和多次啟動需要研究焰火發(fā)動 機技術(shù)，焰火發(fā)動機技術(shù)的關(guān)鍵是固體推進(jìn)劑焰火條件的研究，而臨界降壓速率，即一定壓 力下焰火的最小降壓速率是焰火條件研究的關(guān)鍵性能參數(shù)，也是火箭發(fā)動機的關(guān)鍵設(shè)計依 據(jù)。
[0003] 《火炸藥學(xué)報》2012年2月第35卷第1期一篇題為"壓力下降條件下一種雙基發(fā) 射藥的瞬態(tài)燃燒特性"的論文，公開了一種發(fā)射藥降壓焰火曲線的試驗方法。其試驗裝置主 要由W下部分組成；燃燒室、點火組件、泄壓組件、同步控制器、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、壓力傳 感器、觀察窗、高速攝影儀。點火組件內(nèi)有兩個電極，用鑲銘點火絲連接。泄壓組件安裝有 不同孔徑的泄壓噴口和不同材料及厚度的泄壓破片，泄壓噴口內(nèi)徑為1~8mm，泄壓破片的 材料及厚度分別為紫銅和侶片材料（厚度各為0. 1、〇. 2、0. 3mm)和鐵片（厚度為0. 25mm和 0. 8mm)，通過選擇泄壓破片的材料和厚度W及不同的泄壓噴口孔徑來調(diào)節(jié)泄壓初始壓力和 降壓速率。
[0004] 實驗時將被測樣品藥柱的一個端面固定在觀察窗的玻璃上，然后稱取一定量的同 類型小顆粒狀藥放置在燃燒室內(nèi)，再稱取0. 5g的2號黑火藥放入點火組件內(nèi)。首先啟動同 步控制器，使點火器、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、高速攝影儀在同一時刻被啟動并記錄，此時用點 火器點燃黑火藥，黑火藥引燃助燃藥和被測樣品藥柱，助燃藥和樣品在燃燒室內(nèi)迅速燃燒 產(chǎn)生壓力，當(dāng)燃燒室壓力達(dá)到破片承壓極限時泄壓破片破裂，高溫高壓燃?xì)鈴膰娍谔巼姵觯?使燃燒室內(nèi)壓力迅速下降，并通過壓力傳感器經(jīng)電荷放大器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測得燃燒室內(nèi) 壓力和時間的變化過程，并繪制成P-t曲線，根據(jù)P-t曲線可W判斷出壓力下降前的起點位 dPdP 置，計算出^值，并繪制出曲線，同時，通過觀察端的透明窗，經(jīng)光學(xué)轉(zhuǎn)換，由高速攝 成 泌 影儀記錄燃燒室內(nèi)藥柱的燃燒過程，最后，將獲得的壓力曲線和圖像過程進(jìn)行對比，分析雙 基發(fā)射藥的焰火狀態(tài)及相應(yīng)的焰火參數(shù)。
[0005] 但是現(xiàn)有技術(shù)存在一些問題：
[0006] 1、現(xiàn)有技術(shù)選擇一定厚度的紫銅片、侶片和鐵片為泄壓破片，加工過程中不能保 證其厚度的均勻性和一致性；同時，人工安裝到位的泄壓破片所受的擠壓力和剪切力也無 法保證一致性。也就是說，泄壓破片強度的不確定性會造成燃燒室內(nèi)初始壓力很難調(diào)控在 許可范圍內(nèi)，每次實驗的初始壓力波動比較大。
[0007] 2、現(xiàn)有技術(shù)不能保證燃燒室的建壓過程中測試樣品不被點燃，也不能保證燃燒室 建壓完成后測試樣品能被點燃，也就是說，測試樣品開始燃燒時的壓力不確定。
[000引 3、現(xiàn)有測試方法只能得到不同初始壓力區(qū)間內(nèi)的焰火曲線方程，卻不能測得焰火 條件參數(shù)一一臨界降壓速率。
[0009] 4、現(xiàn)有技術(shù)利用高速攝影儀拍攝的測試樣品直徑隨燃燒時間變化的圖像特征，來 辨識壓力下降過程中樣品是否焰火，大材小用，造成一定的資源浪費。另外，為配合高速攝 影儀的使用，燃燒室側(cè)壁必須開設(shè)觀察窗，使燃燒室的設(shè)計加工更為復(fù)雜，同時密封技術(shù)難 度加大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種固體推進(jìn)劑焰火的臨界降壓速 率測試方法，能夠保證樣品在穩(wěn)定的初始壓力下被可靠點燃，并且能夠?qū)崟r檢測壓力下降 過程中樣品是否焰滅。
[0011] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是；將測試樣品置于燃燒室中，W高壓氣瓶為氣源，通過增 壓累使燃燒室內(nèi)壓力升高至設(shè)定值，然后啟動直流點火電源加熱樣品上端的電熱絲，點燃 燃燒室中的待測樣品，待測樣品燃燒產(chǎn)生的燃?xì)馐谷紵覂?nèi)壓力升高，壓力傳感器檢測到 燃燒室內(nèi)壓力上升至口限值，發(fā)送給數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，令高壓電磁閥打開，通過排氣量調(diào) 節(jié)器排氣。安裝在燃燒室側(cè)壁的壓力傳感器和光電傳感器通過數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)記錄實驗 過程中燃燒室內(nèi)的壓力和光強的變化。通過數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)存儲的軟件計算出壓力下降 速率，辨識實驗過程中樣品是否焰滅、何時焰滅的過程。根據(jù)計算出的壓力下降速率W及樣 品是否焰滅的情況，通過排氣量調(diào)節(jié)器調(diào)整排氣量大小。例如，若樣品未焰火，調(diào)整增大排 氣量，再次實驗直至樣品焰火；若樣品焰火，則調(diào)整減小排氣量，再次實驗直至樣品不發(fā)生 焰火。經(jīng)過幾次實驗就可測得一定初始壓力下焰火的最小降壓速率，即臨界降壓速率。
[0012] 為了保證本發(fā)明的測量精確度，壓力傳感器需要每年標(biāo)定一次；光電傳感器在進(jìn) 行五次實驗后需要清潔一次感光頭。
[0013] 本發(fā)明所采用的設(shè)備主要包括；燃燒室、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)、壓力傳感器、點火電 熱絲（材料為鑲銘）、點火電源、光電傳感器、進(jìn)氣口、氣體增壓累、高壓氣瓶、過濾網(wǎng)、高壓 開關(guān)電磁閥、排氣量調(diào)節(jié)器（環(huán)片為不誘鋼制，內(nèi)徑0. 5mm~10mm)。燃燒室一側(cè)裝有壓力 傳感器，另一側(cè)裝有光電傳感器，分別與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)連接；燃燒室內(nèi)園柱狀測試樣品 的上端有點火電熱絲，電熱絲與燃燒室外部的點火電源連接，點火電源與數(shù)據(jù)采集控制系 統(tǒng)相連接；在燃燒室的頂部還連接有高壓開關(guān)電磁閥和排氣量調(diào)節(jié)器，其中燃燒室與高壓 開關(guān)電磁閥之間有過濾網(wǎng)，高壓開關(guān)電磁閥與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)連接；燃燒室還開有進(jìn)氣 口，在進(jìn)氣口上通過管路依次連接有增壓累和高壓氣瓶，其中，增壓累還和數(shù)據(jù)采集控制系 統(tǒng)連接。
[0014] 包括W下步驟：
[00巧](1)將測試樣品制成直徑為7mm，高15mm的圓柱形；
[0016] (2)在測試樣品上端連接好點火電熱絲，裝樣品于燃燒室內(nèi)，密封；
[0017] (3)用酒精棉球清潔光電傳感器的感光頭，然后安裝在燃燒室的側(cè)壁，確保密封；
[0018] (4)選取排氣量調(diào)節(jié)器的環(huán)片并安裝好；
[0019] (5)打開數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)操作界面，設(shè)置好初始壓力P。、壓力上升口限值和數(shù)據(jù) 采集速度；壓力上升口限值為任。+〇. 5)MPa，所述的數(shù)據(jù)采集速度為50kHz。
[0020] (6)打開高壓氣瓶，數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)啟動增壓累為燃燒室內(nèi)充氣，壓力傳感器檢 測到燃燒室壓力達(dá)到設(shè)定值P。，增壓累自動停止；
[0021] (7)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)啟動點火電源，同時開始數(shù)據(jù)采集，點火電熱絲發(fā)熱后點燃 測試樣品，測試樣品燃燒產(chǎn)生的氣體使燃燒室內(nèi)壓力上升至口限值，數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)令 高壓電磁閥自動打開，通過排氣流量器排氣，數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)記錄下整個過程的壓力一 時間曲線和光強一時間曲線。數(shù)據(jù)采集結(jié)束后高壓電磁閥自動關(guān)閉；
[002引 做對照壓力一時間曲線和光強一時間曲線，辨識測試樣品是否焰滅、焰滅時的壓 力等倍息；
[0023] (9)利用壓力一時間曲線計算本次實驗的降壓速率：
[0024] (10)取出殘余樣品并將燃燒室山清理干凈；
[0025] (11)根據(jù)本次實驗結(jié)果，若此降壓速率下樣品未焰火，則增大排氣量調(diào)節(jié)器的環(huán) 片內(nèi)徑；若此降壓速率下樣品焰火，則減小排氣量調(diào)節(jié)器的環(huán)片內(nèi)徑，其它條件不變，重復(fù) 步驟（1)~（9)再次實驗。經(jīng)過幾次實驗可測得初始壓力為P。時，樣品焰火的臨界降壓速 率。
[0026]本發(fā)明的有益效果是：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用增壓累可為燃燒室內(nèi)測試樣 品提供任意需要的初始壓力，每次實驗的初始壓力波動范圍為0. 5%，解決了現(xiàn)有技術(shù)初始 壓力波動大的問題，并且能夠保證待測樣品在任意需要的初始壓力下被可靠點燃。同時，由 于初始壓力穩(wěn)定、測試樣品能夠在穩(wěn)定的初始壓力下被可靠點燃，使壓力下降速率得W更 為精確地調(diào)控，因此，可W測試不同配方推進(jìn)劑在一定壓力下焰火的最小降壓速率，也可W 測得一定條件下固體推進(jìn)劑的焰火臨界壓強，拓展了現(xiàn)有技術(shù)的測試范圍。在國防上可用 于能量管理型戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈及火箭彈用固體推進(jìn)劑降壓焰火性能的測試。另外，本發(fā)明利用光 電傳感器記錄實驗過程中燃燒室內(nèi)光強隨時間的變化曲線，辨識測試樣品在壓力下降過程 中是否焰滅、何時焰滅的情況。光電傳感器與壓力傳感器可W共用一套數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)， 不再需要數(shù)據(jù)同步控制器，也無需在燃燒室壁開設(shè)觀察窗。
[0027]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
【附圖說明】
[002引圖1為現(xiàn)有技術(shù)測試裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明所用測試裝置的主要部分；
[0030] 圖3為本發(fā)明一次實驗過程的壓力一時間曲線和光強一時間曲線。
[0031] 圖中，1-燃燒室，2-點火組件，3-測試樣品，4-泄壓組件，5-同步控制器，6-數(shù)據(jù) 采集控制系統(tǒng)，7-壓力傳感器，8-觀察窗，9-高速攝影儀，10-點火電熱絲，11-點火電源， 12-光電傳感器，13-進(jìn)氣口，14-增壓累，15-高壓氣瓶，16-過濾網(wǎng)，17-高壓電磁閥，18-排 氣量調(diào)節(jié)器。