自由装填固体火箭发动机装药点火冲击特性研究(3)

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1.3总结

固体火箭发动机点火过程是一个十分复杂的物理化学过程[20]，点火形成的燃气冲击对固体火箭发动机装药药柱及发动机壳体都有冲击作用，通过几十年的实验研究和理论分析，对这种点火冲击对发动机装药的冲击影响过程已进行了较为深入的了解，建立了一些数学模型和设计规范，对设计安全、可靠、高效的固体火箭发动机有十分重要的指导作用[21]。

本次试验研究所用的冷气冲击模拟实验方法具有试验件物理完整，结构变化不是很大，可以模拟不同条件下的点火冲击等优点，是一种新的研究点火冲击对固体火箭发动机装药药柱结构完整性影响的有效手段。

2 实验装置及实验原理

2.1 总体方案

冷气冲击模拟点火过程试验台总体方案如图2-1所示，主要由高压气体暂存罐、转接段、闭锁释放器、支撑座及实验发动机等部分组成。

图2-1实验装置总体结构

暂存式储气罐通过夹持座固定于安装支座上，实验发动机通过过渡体与暂存式储气罐相连。实验前，首先在过渡体中安装相应的破膜片及夹持器，从而封闭暂存式储气罐。然后将氮气瓶内的高压气体经过调压阀降低压力，将高压气体的压力设定为要求值，并通过储气罐上的进气口灌入暂存式储气罐。当暂存式储气罐中的压力达到要求值时，关闭氮气瓶阀门准备实验。实验之前检查各项安全措施并清空实验发动机的后方，保证实验人员安全。安全检查接受后，可打开闭锁器，过渡体内的滑筒带动其上的撞针刺破破膜片，破膜片在高压气体的作用下迅速打开。储气罐内的高压气体冲入实验发动机并对药柱进行冲击，从而完成冷气冲击模拟点火过程的实验。

在实验发动机壳体上布置12个压力传感器测量安装座，可对发动机壁面上附近的压力沿轴向进行测量。实验测量所得应力应变数据可通过壳体上的数据输出口导入数据采集系统。

2.2实验台关键零部件功能

2.2.1暂存式储气罐

暂存式储气罐的主要结构如图2-2所示。其中，前、后端盖及筒体组成暂存式储气罐的主体。储气罐上分别开有进气接口、压力传感器接口、泻压口等，可分别向储气罐中充入高压气体，测量气体压力并在紧急时刻释放器内的高压气体。在储气罐前端盖上固定有定位螺柱，可通过调整储气罐内的堵塞物的种类及其数量，从而调整储气罐的储气容量，调整高压气体对实验件的冲击时间。

图2-2高压储气罐结构图

2.2.2转接段

转接段主要由其本体、强力的蓄力弹簧、滑筒、破膜针、闭锁器等部分组成。实验前，使用专用的套筒推动滑筒向暂存式储气罐方向运动，待滑筒运动到其表面卡槽可以与闭锁器滑杆相咬合的位置，闭锁器将在其内的弹簧的作用下对滑筒进行锁定。为保证安全，在与闭锁器垂直的角度设置手动安全螺栓。在实验前需将此安全螺栓打开，实验人员通过闭锁器上的动作进气孔向闭锁器内冲入低压气体，低压气体推动滑杆向远离主轴的方向上运动，此时闭锁器打开，撞针在蓄力弹簧的作用下向右侧快速运动，击穿破膜片，破膜片在暂存式储气罐中高压气体的作用下迅速撕开。破膜片在撕开的过程中不应产生碎片，以免破坏随后的实验发动机及其药柱。

图2-3过渡体结构示意图

2.2.3实验发动机

实验发动机结构如图2-4所示。其中在发动机前段装有适配头，可直接插入过渡体后侧，过渡体末端法兰盘与适配头上的法兰通过螺栓相连，可将过渡体与适配头压紧，并可压紧破膜片的夹持器以防止破膜片在高压气体作用下滑脱。在实验发动机上侧沿轴向依次布置7个测压座，在其下侧布置7个数据线导出接口。在药柱前侧装有用于药柱固定的三角爪，在药柱后侧装有挡药板。紧随其后为实验发动机喷管。