一种用于测量过载下固体推进剂燃速和产物收集装置

1.本发明属于固体火箭发动机过载实验领域，尤其涉及一种用于测量过载下固体推进剂燃速和产物收集装置。


背景技术：

2.地面旋转实验系统如图1所示，氮气瓶中的高压氮气经过减压阀后通过电磁阀1连接至燃烧器；由电脑连接控制器来控制电磁阀1和电磁阀2，对燃烧器进行增压和泄压，进而可以控制燃烧器内部气压，以保证推进剂在指定压强下燃烧；通过电脑连接转台控制箱控制变频器，进而控制电机带动转台进行旋转，从而对燃烧器施加旋转过载，实现飞行过载环境模拟；通过电脑连接转台控制箱可以获得数据采集系统传递过来的传感器信息，实现对实验过程的测量。当推进剂燃面垂直于旋转半径时，向心加速度矢量与燃面法向重合，即可对推进剂及其凝相燃烧产物施加垂直于燃面的法向过载，从而模拟侧向飞行过载对推进剂燃烧的影响。
3.过载实验就是给固体推进剂营造一个过载氛围，让推进剂在这个过载环境中进行实验，模拟真实过载下固体推进剂燃烧。在推进剂过载实验中，实验器和推进剂往往会受到很大的过载，目前关于推进剂过载试验的方法主要包括地面旋转实验、对飞行实验发动机残骸进行粒子收集与绝热层烧蚀等分析、通过火箭橇进行地面模拟过载实验、利用静止实验装置产生高浓度粒子流模拟过载下粒子聚集等。
4.现有的燃烧室质量大，地面旋转试验的燃烧室有质量限制，质量越大，旋转台需要更大马力的电机，整个实验台的强度也会削弱，并且没有测量燃速的能力，现有的地面旋转实验装置无法既可以对产物进行收集，又可以满足测速的要求，现有的收集装置质量大。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种用于测量过载下固体推进剂燃速和产物收集装置，以解决现有的地面旋转实验装置无法既可以对产物进行收集，又可以测速的问题。
6.本发明采用以下技术方案：一种用于测量过载下固体推进剂燃速和产物收集装置，包括：
7.收集桶，为中空的两端开口的柱状结构，其内壁、靠近一端处设置有内螺纹，
8.安置盘，位于收集桶的一侧开口端，绕其外壁设置有外螺纹，并与收集桶的内螺纹相互配合将安置盘固定在收集桶内，并将收集桶的该侧开口密封，
9.连接盖，位于安置盘的外侧，并与收集桶的一侧开口端外壁螺纹连接，
10.排气盖，其上开设有排气孔，排气盖与收集桶的另一侧开口端螺纹连接，并将收集桶的另一侧开口密封，并与安置盘和收集桶形成密闭容纳空腔，容纳空腔用于收集固体推进剂燃烧后的产物，
11.测速机构，位于收集桶内，且安装在安置盘上，其上设置有固体推进剂，用于测定固体推进剂的燃速，
12.其中，连接盖或排气盖与燃烧器内的法兰盖螺纹连接，使得连接盖或排气盖与燃烧器同轴设置，燃烧器用于在旋转试验装置的带动下，使得安置盘或排气盖承受负载，进而使得推进剂在过载环境下燃烧。
13.进一步地，测速机构包括：
14.夹具，为u形，由底板和两个耳板构成，其底板与安置盘水平设置、且固定连接在安置盘上，其u形区域内放置有固体推进剂，
15.第一靶线，其一端固定在安置盘上，其另一端穿过固体推进剂的下半段也固定在安置盘上，
16.第二靶线，其一端固定在安置盘上，其另一端穿过固体推进剂的上半段也固定在安置盘上，用于与第一靶线相互配合测定固体推进剂的燃速。
17.进一步地，测速机构还包括：
18.挡块，位于夹具的u形区域内，并与固体推进剂并排设置，其通过螺栓固定在一侧耳板上，用于挤紧固体推进剂，避免固体推进剂脱出夹具的u形区域。
19.进一步地，测速机构还包括：
20.点火线，其一端固定在安置盘上，其中部搭在固体推进剂的上端后，其另一端也固定在安置盘上，用于对固体推进剂进行点火。
21.进一步地，测速机构还包括：
22.两个相对设置的第一支撑杆，其走向垂直安置盘设置，两个第一支撑杆环绕夹具设置，并用于两个第一靶线的两端绑扎。
23.进一步地，测速机构还包括：
24.两个相对设置的第二支撑杆，其走向垂直安置盘设置，两个第二支撑杆环绕夹具设置，并用于两个第二靶线的两端绑扎。
25.进一步地，测速机构还包括：
26.两个相对设置的点火支撑杆，其走向垂直安置盘设置，两个点火支撑杆环绕夹具设置，并用于两个点火线的两端绑扎。
27.进一步地，收集桶内、排气盖内侧设置有过滤网，过滤网用于阻止固体产物排出收集桶。
28.本发明的有益效果是：本发明在连接盖与燃烧器内的法兰盖螺纹连接时，可以对固体推进剂测燃速，此时过载方向垂直于推进剂燃面、并且指向推进剂燃面方向，在排气盖与燃烧器内的法兰盖螺纹连接时，可以在过载环境下收集固体推进剂的燃烧产物，此时过载方向垂直于推进剂燃面、远离推进剂燃面方向。
附图说明
29.图1为本发明的地面旋转实验系统的结构示意图；
30.图2为本发明测速机构的结构示意图；
31.图3为本发明的过载方向垂直于推进剂燃面、并且指向推进剂燃面方向时的结构示意图；
32.图4为本发明的过载方向垂直于推进剂燃面、远离推进剂燃面方向的结构示意图。
33.其中：1、收集桶；2、安置盘；3、排气盖；4、测速机构；5、夹具；6、第一靶线；7、第二靶
线；8、底板；9、耳板；10、挡块；11、点火线；12、第一支撑杆；13、第二支撑杆；14、点火支撑杆；15、固体推进剂；16、连接盖。
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
35.本发明公开了一种用于测量过载下固体推进剂燃速和产物收集装置，如图3和4所示，包括收集桶1、安置盘2、排气盖3、连接盖16、测速机构4。
36.收集桶1为中空的两端开口的柱状结构，收集桶1内壁、靠近一端处设置有内螺纹，安置盘2位于收集桶1的一侧开口端，绕安置盘2外壁设置有外螺纹，并与收集桶1的内螺纹相互配合将安置盘2固定在收集桶1内，并将收集桶1的该侧开口密封，连接盖16位于安置盘2的外侧，并与收集桶1的一侧开口端外壁螺纹连接。
37.收集桶1的另一侧开口端外壁上开设有外螺纹，排气盖3的内壁开设有与外螺纹配合的内螺纹，使得排气盖3与收集桶1的另一侧开口端螺纹连接，并将收集桶1的另一侧开口端密封，并与安置盘2和收集桶1形成密闭容纳空腔，容纳空腔用于收集固体推进剂15燃烧后的产物，排气盖3上开设有排气孔，用于使整个装置气压与燃烧室内部气压平衡。收集桶1内、排气盖3内侧设置有过滤网，为了防止收集的凝相燃烧产物从排气孔飞出，排气盖3处装配了微米级的不锈钢滤网。
38.如图2所示，测速机构4位于收集桶1内，且安装在安置盘2上，测速机构4上设置有固体推进剂15，测速机构4用于测定固体推进剂15的燃速，其中，连接盖16或排气盖3与燃烧器内的法兰盖螺纹连接，使得连接盖16或排气盖3与燃烧器同轴设置，燃烧器用于在旋转试验装置的带动下，使得安置盘2或排气盖3承受负载，进而使得推进剂在过载环境下燃烧。
39.测速机构4包括：夹具5、第一靶线6、第二靶线7，夹具5为u形，夹具5由底板8和两个耳板9构成，夹具5的底板8与安置盘2水平设置、且固定连接在安置盘2上，夹具5的u形区域内放置有固体推进剂15。
40.第一靶线6的一端固定在安置盘2上，第一靶线6的另一端穿过固体推进剂15的下半段也固定在安置盘2上，第二靶线7的一端固定在安置盘2上，第二靶线7的另一端穿过固体推进剂15的上半段也固定在安置盘2上，第二靶线7用于与第一靶线6相互配合测定固体推进剂15的燃速。
41.测速机构4还包括：挡块10，挡块10位于夹具5的u形区域内，并与固体推进剂15并排设置，挡块10通过螺栓固定在一侧耳板9上，挡块10用于挤紧固体推进剂15，避免固体推进剂15脱出夹具5的u形区域。
42.测速机构4还包括：点火线11，点火线11的一端固定在安置盘2上，点火线11的中部搭在固体推进剂15的上端后，点火线11的另一端也固定在安置盘2上，点火线11用于对固体推进剂15进行点火。
43.测速机构4还包括：两个相对设置的第一支撑杆12，两个第一支撑杆12的走向垂直安置盘2设置，两个第一支撑杆12环绕夹具5设置，并用于两个第一靶线6的两端绑扎。
44.测速机构4还包括：两个相对设置的第二支撑杆13，两个第二支撑杆13的走向垂直安置盘2设置，两个第二支撑杆13环绕夹具5设置，并用于两个第二靶线7的两端绑扎。
45.测速机构4还包括：两个相对设置的点火支撑杆14，两个点火支撑杆14的走向垂直
安置盘2设置，两个点火支撑杆14环绕夹具5设置，并用于两个点火线11的两端绑扎。
46.本发明在高压和过载环境下使用的，所以设计过程中需要考虑高压和过载对本发明中各件的强度的影响，以保证能够正常实现推进剂凝相燃烧产物的收集和推进剂燃速的测量。因此，对于安置盘2的材料，需要在绝缘的同时能承受住一定的高温高压，所以采用玻璃钢材料，通过此材料，第一支撑杆12、第二支撑杆13、点火支撑杆14不会短路，在高压和过载环境下可以正常使用。
47.对于连接盖16和排气盖3的位置可以互换，当需要探测垂直于燃面指向燃面方向的过载对固体推进剂15燃烧的影响时，将连接盖16固定在燃烧器内的法兰盖上，使得过载方向垂直于推进剂燃面、并且指向推进剂燃面方向；当需要探测垂直于燃面远离燃面方向的过载对固体推进剂15燃烧的影响时，将排气盖3固定在燃烧器内的法兰盖上，使得过载方向垂直于推进剂燃面、远离推进剂燃面方向。本发明可根据试验需求进行选择，结构轻巧，便于拆装，本发明的重量只有670g。
48.使用的固体推进剂15样品为长方体，尺寸5
×5×
20mm。推进剂使用前在5mm和15mm处打孔穿0.2mm直径的通孔，方便第一靶线6和第二靶线7穿过，靶线材料为铅锑合金丝，靶线穿完之后将推进剂进行包覆处理，考虑到埋置靶线的位置可能会存在偏移，对两靶线的实际距离进行测量以用于燃速数据的处理。推进剂包覆液为聚乙烯醇缩丁醛溶液，成分为8％的聚乙烯醇缩丁醛和92％的无水乙醇。按配方称好聚乙烯醇缩丁醛，缓慢加入到无水乙醇中，边加料边搅拌，直至聚乙烯醇缩丁醛全部溶解，搅拌均匀后静置24小时后使用。
49.将穿好靶线的推进剂进行3次包覆，包覆完成后安置于夹具5上，将第一靶线6和第二靶线7缠绕到第一支撑杆12和第二支撑柱上，将点火线11的两端缠绕到点火支撑杆14上，最后通过导线和接线端子将信号传输出去。
50.本发明通过靶线法对推进剂燃速进行测量，实验时靶线和点火线11需要从本发明装置中引出，与燃烧室内的测试线对接，从而可以远程控制点火和数据采集。引线时需要考虑线在过载下会不会固定不牢，测试线会不会短路从而影响数据采集。所以在安置盘2上设置了两根第一支撑杆12、第二支撑杆13和两根点火支撑杆14将信号引出，用螺母进行固定。为了防止短路，将安置盘2的材料选用耐热绝缘的玻璃钢，最后通过安置盘2和铜线引出数据。
51.以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。