固体火箭推进剂的燃速测量方法有恒压弹法、密闭 燃烧器法、中止燃烧法、高速摄影法等。
1 恒压弹法[2]
恒压弹法即在某一固定压力和温度下进行的燃速测量方法。这种方法的主要优点是试样尺寸小(一般采用Φ5mm或5×5mm2的药条,工程采用Φ16mm的药柱),操作简单,试验成本低,但没有考虑气流对速度的影响。按其记录时间的方法不同又分为靶线法、声发射法和光电转换法。25474
(1)靶线法
图1.1 靶线测试原理图
靶线法采用靶线记录一定长度药条燃烧所需要的时间。典型实验装置如图所示。试验药条侧面进行阻燃包覆。点火后,药条从端面开始燃烧。为使燃烧呈稳定的平行层燃烧,燃烧开始后应有一段20mm的稳定装药段。选用易熔金属丝作为靶线,一般采用Φ0.5mm或Φ0.7mm的保险丝。[3]燃烧室充入某一压力的氮气已达到在某一压力下燃烧的要求,并采用保温槽恒定温度后点火。实验开始后,从烧断第1根靶线的时刻开始进行记录,当第2根靶被线烧断时,计时器停止工作。燃烧L长度所需要的时间记为t,则燃速u=L/t。论文网
图1.2 靶线法燃速测试系统示意图
(2)声发射法
声发法是指在燃烧室中注入一定温度的水,将某一长度的推进剂药条浸入水中,水浸没药条一定的高度(2cm~3cm),采用与靶线法相似的氮气充压方法,当压强达到测试压力后,开始点火。燃烧过程中的推进剂发出爆燃声,声音通过介质(水)传至燃烧室壁,贴在燃烧室外壁上的声传感器接收到爆燃的声音信号,并将其转化为电信号。传感器输出的电信号大多为微弱的电压信号,该信号必须再经过前置放大器的放大、滤波、直流放大等处理,作为控制信号送至门控电路,达到启动和终止计时装置的目的。装药被点燃时刻开始计时,燃烧完成计时终了,根据药条燃烧时间即可计算出燃速。
图1.3 声发射测试系统示意图
(3)光电转换法
线扫描摄像实时测定法(光电转换法)是上世纪80年代我国研究发展的一种燃速测定方法,该原理使用CCD线扫描摄像装置。线阵CCD既是在某一定长的线阵上(通常为十几毫米)排列数千个像数(即光敏点)。试验过程中,高温燃气流过试验药条与假药条之间的燃气通道。试验药条五个面用阻燃涂料包覆,只留燃气通道面不做阻燃处理。试验药条非包覆面燃烧的火光照亮燃气通道。通过试验视窗和镜头,线阵CCD上的光敏点(测试前已标定)接受到光信号并将光敏信号转换为相应的电信号,经滤波、A/D转换等处理后输入计算机,同时记录相应的时间,经过计算机软件处理即可获得此时燃气通道的宽度,进而计算出此时相比上一时间点燃面的位移量,从而获得此时的平均燃速。
2 密闭燃烧器法[4]
在定容密闭容器内燃烧一定形状和一定尺寸的推进剂装药式样,由于试样燃烧,产生大量燃气迫使容器内的压强升高。推进剂燃烧的不同时刻,密闭容器内的压强也随之变化。在某一时刻,推进剂的燃速r为一某定值,其燃去的肉厚x也为一定值。由试件的几何形状和尺寸确定其在这一时刻的燃面面积,进而获得其燃气生成率,并得知此刻的压强和压强变化率,压强和压强变化率也可从实验测得的p-t曲线确定。
3 中止燃烧法[5]
为了使正在发动机内燃烧的推进剂按所规定的时间突然中止其燃烧,通常采用的办法是瞬时打开发动机,使燃烧室内压力突然下降到常压,推进剂即可熄灭。这对某些临界压强较高的双基推进剂比较有效,但对某些临界压强较低而燃烧温度较高的复合推进剂来说,即使压力降到常压,它仍能继续燃烧,对这类推进剂的中止燃烧除突然降压外还需要使其骤冷,如使推进剂迅速掉入冷却液中或向发动机内迅速注入冷却液均可。该方法可对侵蚀燃烧效应进行明显的定性观察,但若进行燃速的计算将会有较大的工作量,并只能求得其燃速的平均值,试验成本高。
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