CN101979999B

CN101979999B - 固体推进剂降压熄火装置

Info

Publication number: CN101979999B
Application number: CN201010531622A
Authority: CN
Inventors: 张晓宏; 王瑛; 陈雪莉; 王中; 赵凤起; 王宏; 许毅; 王长健; 李宏岩; 程丽萍
Original assignee: Xian Modern Chemistry Research Institute
Current assignee: Xian Modern Chemistry Research Institute
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2030-11-04
Also published as: CN101979999A

Abstract

本发明公开了一种固体推进剂降压熄火装置，包括燃烧器，燃烧器一侧装有压力传感器，压力传感器与计算机及其控制***连接；燃烧器内有燃烧器底座，燃烧器底座上有电热丝，电热丝与燃烧器外部的点火电源连接，点火电源与计算机控制***相连接；燃烧器底座内有用于安装测试样品的样品支架；在燃烧器的顶部还连接有高压开关电磁阀和排气量调节器，其中高压开关电磁阀与计算机控制***连接，燃烧器与高压开关电磁阀之间有过滤网；在燃烧器另一侧，还设置有和计算机控制连接的光电传感器；燃烧器还开有进气口，在进气口上通过管路依次连接有增压泵和高压气瓶，其中，增压泵还和计算机控制***连接。能够辨识实验过程中样品是否熄灭、何时熄灭的过程。

Description

固体推进剂降压熄火装置

技术领域

本发明属于固体推进剂性能实验装置，具体涉及一种固体推进剂降压熄火装置。

背景技术

为提高导弹的机动性、突防能力和命中精度，需要作为动力装置的火箭发动机具有推力可控和多次启动的能力。要实现火箭发动机推力可控和多次启动需要研究熄火发动机技术，熄火发动机技术的关键是固体推进剂熄火条件的研究，而一定压强下熄火的最小降压速率是熄火条件研究的关键性能参数。

现有的降压熄火装置主要用于发射药的快速熄火，其目的是获得发射药燃烧瞬间的燃面信息，是发射药燃烧机理研究的重要手段之一。其实验装置参见图1所示，主要由以下部分组成：1、燃烧器；2、过滤网；3、承压膜片；4、排气量调节器；5、建压药包；6、点火电源；7、计算机及其控制***；8、燃烧器底座；9、样品支架；10、测试样品；11、电热丝；12、压力传感器。

其工作原理是：建压药包5被点火电源6点燃，使燃烧器本体1中的压强超过承压膜片3的承压极限，承压膜片3破裂，燃烧器1的压强从排气量调节器4快速泄压，燃烧着的测试样品10因压强突降而熄灭。

利用该装置进行实验时，根据实验所规定的压强，需要称取相应质量的发射药制成中间穿有电热丝11的建压药包5，同时选择并安装好相应厚度的承压膜片3；称量待测样品10的质量M₀，安装在样品支架9上，建压药包5置于待测样品上端，将样品支架9装入燃烧器1；启动计算机及其控制***7，确认压力传感器12工作正常后，启动点火电源6，电热丝11得电后点燃建压药包5；压力传感器12检测整个过程中的压强变化，实验结束。卸下样品支架9，再次称量测试样品10的质量M₁，若M₁小于M₀，认为测试样品燃烧后被熄灭。

但是，现有的发射药降压熄火装置存在一些问题：

1、初始压力波动大。现有装置选择的承压膜片3为铝片或紫铜片，承压膜片3加工过程不能保证其厚度的均匀性和一致性；同时，人工安装到位的承压膜片3所受的挤压力和剪切力也无法保证一致性。也就是说，承压膜片3强度的不确定性会造成燃烧器1内初始压力很难调控在许可范围内，每次实验的初始压力波动比较大。

2、现有装置不能保障燃烧器1的建压过程中测试样品10不被点燃，也不能保障燃烧器1建压完成后测试样品10能被点燃，测试样品10开始燃烧时的压力不确定。

3、现有装置只能在实验结束后，取出样品支架9，通过称量并计算样品实验前、后的质量差来判断样品是否发生了燃烧中止，而不能在实验过程中，燃烧器1内压力下降的同时识别测试样品10燃烧情况的变化。

4、现有装置可以获得熄火样品，却不能测得熄火条件参数。

发明内容

针对上述现有装置存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种新的固体推进剂降压熄火装置，该装置能够使样品在稳定的初始压力下被点燃，并且能够实时检测压力下降过程中样品是否熄灭。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种固体推进剂降压熄火装置，包括燃烧器，燃烧器一侧装有压力传感器，压力传感器与计算机及其控制***连接；燃烧器内有燃烧器底座，燃烧器底座上有电热丝，电热丝穿过燃烧器底座与燃烧器外部的点火电源连接，点火电源与计算机控制***相连接；燃烧器底座内有用于安装测试样品样品支架；其特征在于，在燃烧器的顶部还连接有高压开关电磁阀和排气量调节器，其中高压开关电磁阀与计算机控制***连接，燃烧器与高压开关电磁阀之间有过滤网；在燃烧器另一侧，还设置有和计算机控制连接的光电传感器；燃烧器还开有进气口，在进气口上通过管路依次连接有增压泵和高压气瓶，其中，增压泵还和计算机控制***连接。

本发明在现有的降压熄火装置上取消了建压药包，增加了高压气瓶为气源，通过增压泵使燃烧器内压力升高至设定值，然后再利用直流电源启动点火电源，加热电热丝，点燃燃烧器中的待测样品，待测样品燃烧产生的燃气使燃烧器内压力升高，压力传感器检测到燃烧器内压力上升至门限值，发送给计算机控制***，令高压电磁阀打开，通过排气量调节器排气。安装在燃烧器侧壁的压力传感器和光电传感器通过计算机控制***记录实验过程中燃烧器内的压力和光强的变化。通过计算机控制***存储的软件计算出压力下降速度，辨识实验过程中样品是否熄灭、何时熄灭的过程。

与现有的降压熄火装置相比，利用增压泵可为燃烧器内提供任意需要的初始压力，每次实验的初始压力波动范围为0.5%，解决了现有装置初始压力波动大的问题，并且能够保证待测样品在任意需要的初始压力下被可靠点燃。同时，由于压力传感器和光电传感器可以动态测试实验过程中样品燃烧情况的变化，因此，可以测试不同配方推进剂在一定压强下熄火的最小降压速率，也可以测得一定条件下的固体推进剂的熄火临界压强，拓展了现有装置的功能。在国防上可以用于能量管理型战术导弹及火箭弹用固体推进剂降压熄火性能的测试。

附图说明

图1是现有的发射药降压熄火装置结构图；

图2是本发明的实验装置结构图；

图3是采用本发明的装置进行一次实验的结果曲线。

图中的标号分别表示：1、燃烧器，2、过滤网，3、承压膜片，4、排气流量调节器，5、建压药包，6、点火电源，7、计算机控制***；8、燃烧器底座；9、样品支架；10、测试样品；11、电热丝；12、压力传感器，13、进气口，14、增压泵，15、高压气瓶，16、高压开关电磁阀，17、光电传感器。

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。

具体实施方式

参见图2，本发明的固体推进剂降压熄火装置，包括燃烧器1，燃烧器1一侧装有压力传感器12，压力传感器12与计算机控制***7连接；燃烧器1内有燃烧器底座8，燃烧器底座8上有电热丝11，电热丝11穿过燃烧器底座8与燃烧器1外部的点火电源6连接，点火电源6与计算机控制***7相连接；燃烧器底座8内有用于安装测试样品10样品支架9；

在燃烧器1的顶部还连接有高压开关电磁阀16和排气量调节器4，其中高压开关电磁阀16与计算机控制***7连接，燃烧器1与高压开关电磁阀16之间有过滤网2；在燃烧器1另一侧，还设置有和计算机控制***7相连接的光电传感器17；

燃烧器1还开有进气口13，在进气口13上通过管路依次连接有增压泵14和高压气瓶15，其中，增压泵14还和计算机控制***7连接。

燃烧器1由不锈钢制成，容积约80ml±10ml，经耐45MPa水压试验应合格。

在燃烧器1侧壁上开有测试压强和测试光强的小孔，分别安装压力传感器12和光电传感器17。压力传感器12采用型号为CYG41000，量程为0～30MPa的压力变送器；光电传感器17采用红外波段的光电倍增管，0～10V直流输出。燃烧器1下部开有进气口13，进气口13用不锈钢管道与增压泵14和高压气瓶15连接，增压泵14选用HN100高压氮气增压机，高压气瓶15选用高压氮气瓶，气瓶压力：13.5±0.5MPa，纯度：N₂≥99.5%。燃烧器1顶部为气体出口，出口处安装有过滤网2，延气流方向连接高压电磁阀16和排气量调节器4。过滤网2为不锈钢制，网孔直径不大于200μm；高压电磁阀16采用德国Pumason公司GYB091459X型开关式电磁阀，排气量调节器4为一组不锈钢制的环片，环孔直径可以在0.5~10mm之间选择。样品支架9置于燃烧器底座8内，电热丝11与燃烧器外部的点火电源6连接。计算机控制***7连接了增压泵14、点火电源6、压力传感器12、光电传感器17和高压电磁阀16，用于控制增压泵14的开启、点火电源6的激励和高压电磁阀16的开启与关闭，同时采集压力传感器12和光电传感器的压力和光强数据并进行数据处理。

为了保证本发明的测量精确度，压力传感器12需要每年标定一次，光电传感器17在进行五次实验后需要清洁一次。

本发明的固体推进剂降压熄火装置的使用方法如下：

1、将待测样品10固定在样品支架9上，在待测样品10上端连接好电热丝11，样品支架9装于燃烧器底座8上。

2、清洁光电传感器17的感光头安装在燃烧器1的侧壁，确保密封。

3、选取排气量调节器4的环片并安装好。

4、计算机控制***7设置初始压力P₀、压力上升门限值（通常为P₀+0.5MPa）和数据采集速度（通常为50kH_Z）。

5、打开高压气瓶15，计算机控制***7启动增压泵14为燃烧器1内提供初始压力，压力传感器12检测到初始压力达到设定值P₀，计算机控制***7指令增压泵14自动停止。

6、计算机控制***7指令，电热丝11发热后点燃测试样品10，燃烧器1内压力上升至门限值，计算机控制***7指令高压电磁阀16自动打开排气，数据采集***记录下整个过程的压力－时间曲线和光强－时间曲线。数据采集结束后高压电磁阀16自动关闭。

7、计算本次实验的降压速率：

。

8、对照压力－时间曲线和光强－时间曲线，得到测试样品10是否熄灭、熄灭时的压力等信息。

9、卸下样品支架9，清理干净。

10、根据本次实验结果，适当选取排气量调节器4的环片，准备下一次实验。

例如将某改性双基推进剂样品10固定在样品支架9上，接好电热丝11，置于燃烧器底座8上。选取排气量调节器4的环片孔径为5mm并安装好。设置初始压力P₀为24MPa、压力上升门限值为24.5MPa、采样率为50kHz。启动增压泵14给燃烧器1内充压至24Mpa，增压泵14停止。点火电源6接通电热丝11点燃双基推进剂样品10，燃烧器1内压力上升至24.5MPa，计算机控制***7指令高压电磁阀16打开排气。计算机控制***7完成数据采集。图3为该实验过程的压力－时间曲线和光强－时间曲线。对压力－时间曲线计算得到本次实验的降压速率

＝1873MPa/s；对照压力－时间曲线和光强－时间曲线得到：双基推进剂样品10在24.06MPa被点燃，压力下降过程中双基推进剂样品没有熄灭。根据本次实验结果，要使双基推进剂样品10燃烧中止，需要更快的降压速率，因此选取更大孔径的排气量调节器4，其它条件不变，进行多次实验后测得该双基推进剂样品10在24MPa下熄火的最小降压速率为2640MPa/s，熄火临界压强为1.5MPa。

Claims

1.一种固体推进剂降压熄火装置，包括燃烧器（1），燃烧器（1）一侧装有压力传感器（12），压力传感器（12）与计算机控制***（7）连接；燃烧器（1）内有燃烧器底座（8），燃烧器底座（8）上有电热丝（11），电热丝（11）穿过燃烧器底座（8）与燃烧器（1）外部的点火电源（6）连接，点火电源（6）与计算机控制***（7）相连接；燃烧器底座（8）内有用于安装测试样品（10）的样品支架（9）；其特征在于，在燃烧器（1）的顶部还连接有高压开关电磁阀（16）和排气量调节器（4），其中高压开关电磁阀（16）与计算机控制***（7）连接，燃烧器（1）与高压开关电磁阀（16）之间有过滤网（2）；在燃烧器（1）另一侧，还设置有和计算机控制***（7）相连接的光电传感器（17）；燃烧器（1）还开有进气口（13），在进气口（13）上通过管路依次连接有增压泵（14）和高压气瓶（15），其中，增压泵（14）还和计算机控制***（7）连接。

2.如权利要求1所述的固体推进剂降压熄火装置，其特征在于，所述的压力传感器（12）采用型号为CYG41000，量程为0～30MPa的压力变送器。

3.如权利要求1所述的固体推进剂降压熄火装置，其特征在于，所述的光电传感器（17）采用红外波段的光电倍增管。

4.如权利要求1所述的固体推进剂降压熄火装置，其特征在于，所述的增压泵（14）选用HN100高压氮气增压机。

5.如权利要求1所述的固体推进剂降压熄火装置，其特征在于，所述的高压开关电磁阀（16）采用Pumason公司GYB091459X型开关式电磁阀。

6.如权利要求1所述的固体推进剂降压熄火装置，其特征在于，所述的过滤网（2）为不锈钢制，网孔直径不大于200μm。