本發(fā)明主要涉及固體發(fā)動機結(jié)構(gòu)完整性試驗技術(shù)，尤其涉及一種固體發(fā)動機高壓強冷氣快速沖擊加載試驗系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

固體火箭發(fā)動機（以下簡稱固體發(fā)動機）是固體導(dǎo)彈飛行的動力裝置，其結(jié)構(gòu)完整性決定著導(dǎo)彈發(fā)射任務(wù)的成敗。大量科學(xué)實踐表明，固體發(fā)動機在點火試車和發(fā)射期間最易因結(jié)構(gòu)完整性而發(fā)生事故。早在1972年，美國NASA《空間飛行器設(shè)計規(guī)范》指出：引起固體火箭發(fā)動機熱試車或發(fā)射失敗的主要原因是藥柱結(jié)構(gòu)完整性破壞。因此，點火增壓過程固體發(fā)動機結(jié)構(gòu)完整性分析及其試驗研究一直是固體發(fā)動機研制和使用部門的一個重要課題。

目前點火增壓過程的固體發(fā)動機結(jié)構(gòu)完整性分析主要依賴數(shù)值仿真分析，但數(shù)值仿真分析結(jié)果的正確性和精度還必須通過試驗進行驗證、完善。而固體發(fā)動機點火增壓過程是一個極其復(fù)雜的物理化學(xué)過程，在幾十至幾百毫秒內(nèi)，燃燒室氣體壓力由零或一個大氣壓迅速增至100多個大氣壓。在這高溫、高壓以及高應(yīng)變率的極端惡劣的環(huán)境下，幾乎無法通過試驗測量藥柱點火增壓過程的力學(xué)響應(yīng)，因此，無法通過真實固體發(fā)動機的點火試驗來驗證發(fā)動機結(jié)構(gòu)完整性數(shù)值仿真結(jié)果的正確性。

為此，研究人員擬建立試驗系統(tǒng)模擬固體發(fā)動機的點火增壓過程。國內(nèi)國防科技大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、海軍航空工程學(xué)院等都開展過相關(guān)的研究工作，研制過一些簡易的冷增壓試驗設(shè)備，來對固體發(fā)動機進行快速建壓，并實時測試固體發(fā)動機藥柱內(nèi)表面的應(yīng)變響應(yīng)。但這些試驗設(shè)備增壓能力低（小于10MPa）、響應(yīng)時間慢（響應(yīng)時間超過100ms）、適用的發(fā)動機容積?。ㄐ∮?0L），無法滿足新一代高壓強（10MPa以上）、快響應(yīng)（增壓時間小于100ms）、大容積戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈發(fā)動機的試驗需求，因此，亟需發(fā)明一種高壓強快響應(yīng)的冷氣建壓試驗系統(tǒng)，來模擬固體發(fā)動機的真實點火增壓過程。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高壓強、快響應(yīng)、大容積、結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷、安全性高、成本低廉的固體發(fā)動機高壓強冷氣快速沖擊加載試驗系統(tǒng)及方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種固體發(fā)動機高壓強冷氣快速沖擊加載試驗系統(tǒng)，包括氣源單元、輸氣單元、試驗單元和測控單元，所述氣源單元、輸氣單元和試驗單元三者之間設(shè)有連接管道，所述測控單元與所述氣源單元、輸氣單元以及試驗單元之間設(shè)有測控電纜。

作為上述技術(shù)方案的進一步改進：

所述氣源單元包括空氣壓縮機、輸入管道、高壓氣罐和截止閥，所述空氣壓縮機通過輸入管道與高壓氣罐連通，所述截止閥設(shè)置在輸入管道上，所述高壓氣罐通過連接管道和測控電纜分別與輸氣單元以及測控單元連接。

所述高壓氣罐上設(shè)有第一放氣泄壓管道，所述第一放氣泄壓管道上裝設(shè)有第一電磁閥，所述第一電磁閥通過測控電纜與測控單元連接。

所述輸入管道上于空氣壓縮機和截止閥之間裝設(shè)有干燥過濾器。

所述輸氣單元包括球閥、常開電磁閥和常閉電磁閥，所述球閥、常開電磁閥和常閉電磁閥依次裝設(shè)在氣源單元和試驗單元之間的連接管道上，所述球閥靠近高壓氣罐，所述常開電磁閥和常閉電磁閥通過測控電纜與測控單元連接。

所述球閥、常開電磁閥、常閉電磁閥以及試驗單元之間的連接管道上均裝設(shè)有第二放氣泄壓管道，各第二放氣泄壓管道上均裝設(shè)有第二電磁閥，各所述第二電磁閥通過測控電纜與測控單元連接。

所述試驗單元包括模擬發(fā)動機、第三放氣泄壓管道和第三電磁閥，所述模擬發(fā)動機通過連接管道與輸氣單元連接，所述第三放氣泄壓管道裝設(shè)在模擬發(fā)動機上，所述第三電磁閥裝設(shè)在第三放氣泄壓管道上并通過測控電纜與測控單元連接。

所述測控單元包括計算機組件和壓力傳感器，所述測控電纜包括信號采集線和控制線，所述計算機組件通過控制線分別與第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥、常開電磁閥以及常閉電磁閥連接，所述壓力傳感器分裝在第一放氣泄壓管道和第三放氣泄壓管道上，所述計算機組件通過信號采集線分別與兩個所述壓力傳感器連接。

一種固體發(fā)動機高壓強冷氣快速沖擊加載試驗方法，用上述的固體發(fā)動機高壓強冷氣快速沖擊加載試驗系統(tǒng)進行，包括以下步驟：

S1：氣源充氣：啟動氣源單元，使氣源單元充氣蓄壓至試驗所需的條件；

S2：快速沖擊：通過測控單元快速啟動輸氣單元，使高壓強冷氣充入試驗單元，同時測控單元采集氣壓隨時間的變化信號；

S3：沖擊完成：試驗單元內(nèi)的氣壓達(dá)到目標(biāo)值時，通過測控單元快速關(guān)閉輸氣單元，完成快速沖擊加載試驗；

S4：放氣泄壓：通過測控單元完成氣源單元、輸氣單元和試驗單元的放氣泄壓。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明的固體發(fā)動機高壓強冷氣快速沖擊加載試驗系統(tǒng)，采用高壓強的冷氣體作為試驗介質(zhì)快速充入試驗單元，逼真地模擬了固體發(fā)動機點火發(fā)射時內(nèi)腔的增壓過程，提供了良好的固體發(fā)動機結(jié)構(gòu)完整性試驗研究條件；

2、本發(fā)明的固體發(fā)動機高壓強冷氣快速沖擊加載試驗系統(tǒng)，其承壓能力強，增壓速率快，增壓容積大，模擬發(fā)動機型號適用面廣，即可在100ms內(nèi)完成內(nèi)腔容積小于100L、工作壓強小于20MPa固體發(fā)動機沖擊加載試驗系統(tǒng)；

3、本發(fā)明的試驗方法，利用固體發(fā)動機高壓強冷氣快速沖擊加載試驗系統(tǒng)實現(xiàn)高速增壓，操作便捷、安全性高，能根據(jù)試驗條件的不同調(diào)整工況，滿足不同型號固體發(fā)動機結(jié)構(gòu)完整性的試驗需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明固體發(fā)動機高壓強冷氣快速沖擊加載試驗系統(tǒng)的原理圖。

圖2是本發(fā)明固體發(fā)動機高壓強冷氣快速沖擊加載試驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明固體發(fā)動機高壓強冷氣快速沖擊加載試驗方法的流程圖。

圖中各標(biāo)號表示：

1、氣源單元；11、空氣壓縮機；12、輸入管道；13、高壓氣罐；14、截止閥；15、第一放氣泄壓管道；16、第一電磁閥；17、干燥過濾器；2、輸氣單元；21、球閥；22、常開電磁閥；23、常閉電磁閥；24、第二放氣泄壓管道；25、第二電磁閥；3、試驗單元；31、模擬發(fā)動機；32、第三放氣泄壓管道；33、第三電磁閥；4、測控單元；41、計算機組件；42、壓力傳感器；5、連接管道；6、測控電纜；61、信號采集線；62、控制線。

具體實施方式

以下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明固體發(fā)動機高壓強冷氣快速沖擊加載試驗系統(tǒng)的一種實施例，包括氣源單元1、輸氣單元2、試驗單元3和測控單元4，氣源單元1、輸氣單元2和試驗單元3三者之間設(shè)有連接管道5，測控單元4與氣源單元1、輸氣單元2以及試驗單元3之間設(shè)有測控電纜6。本發(fā)明以氣體為介質(zhì)進行沖擊加載試驗，模擬固體發(fā)動機的點火增壓過程，用于研究固體發(fā)動機的結(jié)構(gòu)完整性。試驗時，冷氣先在氣源單元1升壓（最高為35MPa），再經(jīng)輸氣單元2到達(dá)試驗單元3，整個過程由測控單元4通過測控電纜6對各環(huán)節(jié)進行控制，輸氣單元2負(fù)責(zé)高壓冷氣的單向輸送；試驗單元3接受高壓冷氣的快速沖擊，并將力學(xué)特性體現(xiàn)；測控單元4監(jiān)測氣源單元1和試驗單元3的壓力信號，并將信號反饋到輸氣單元2進行輸氣控制。本發(fā)明的試驗系統(tǒng)，采用高壓強的冷氣體作為試驗介質(zhì)快速充入試驗單元3，逼真地模擬了固體發(fā)動機點火發(fā)射時內(nèi)腔的增壓過程，提供了良好的固體發(fā)動機結(jié)構(gòu)完整性試驗研究條件；本發(fā)明的試驗系統(tǒng)，其承壓能力強，增壓速率快，增壓容積大；本發(fā)明的試驗系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷、安全性高，根據(jù)試驗需要氣壓可調(diào)范圍寬、模擬發(fā)動機型號適用面廣，且比真實試驗成本低。

本實施例中，氣源單元1包括空氣壓縮機11、輸入管道12、高壓氣罐13和截止閥14，空氣壓縮機11通過輸入管道12與高壓氣罐13連通，截止閥14設(shè)置在輸入管道12上，高壓氣罐13通過連接管道5和測控電纜6分別與輸氣單元2以及測控單元4連接。該結(jié)構(gòu)中，高壓氣罐13耐壓35MPa，對應(yīng)增壓能力可達(dá)20MPa；增壓容積大，可支持內(nèi)腔容積100L以內(nèi)固體發(fā)動機的冷增壓試驗，截止閥14則保證了高壓氣罐13的充氣蓄壓效果。

本實施例中，高壓氣罐13上設(shè)有第一放氣泄壓管道15，第一放氣泄壓管道15上裝設(shè)有第一電磁閥16，第一電磁閥16通過測控電纜6與測控單元4連接。該結(jié)構(gòu)中，根據(jù)空氣壓縮機11和電磁閥1實現(xiàn)氣壓可調(diào)，有效保證了高壓強冷氣快速沖擊的試驗條件可調(diào)以及試驗工況的可擴充性，同時也便于試驗后的放氣泄壓。

本實施例中，輸入管道12上于空氣壓縮機11和截止閥14之間裝設(shè)有干燥過濾器17。該干燥過濾器17可對空氣壓縮機11輸入的空氣進行干燥和過濾，以保證進入高壓氣罐13氣體的質(zhì)量，提高了試驗的可靠性。

本實施例中，輸氣單元2包括球閥21、常開電磁閥22和常閉電磁閥23，球閥21、常開電磁閥22和常閉電磁閥23依次裝設(shè)在氣源單元1和試驗單元3之間的連接管道5上，球閥21靠近高壓氣罐13，常開電磁閥22和常閉電磁閥23通過測控電纜6與測控單元4連接。該結(jié)構(gòu)中，先將球閥21打開，然后利用測控單元4控制常開電磁閥22和常閉電磁閥23快速打開，以確保對對試驗單元3快速沖擊，實現(xiàn)了輸氣控制的遠(yuǎn)程自動化，使試驗操作便捷；多個閥門組合保證了試驗安全性和控制可靠性。

本實施例中，球閥21、常開電磁閥22、常閉電磁閥23以及試驗單元3之間的連接管道5上均裝設(shè)有第二放氣泄壓管道24，各第二放氣泄壓管道24上均裝設(shè)有第二電磁閥25，各第二電磁閥25通過測控電纜6與測控單元4連接。該三組第二放氣泄壓管道24和第二電磁閥25通過測控單元4控制，可實現(xiàn)輸氣單元2的放氣泄壓，進一步保證了試驗安全性和控制可靠性。

本實施例中，試驗單元3包括模擬發(fā)動機31、第三放氣泄壓管道32和第三電磁閥33，模擬發(fā)動機31通過連接管道5與輸氣單元2連接，第三放氣泄壓管道32裝設(shè)在模擬發(fā)動機31上，第三電磁閥33裝設(shè)在第三放氣泄壓管道32上并通過測控電纜6與測控單元4連接。該結(jié)構(gòu)中，通過測控單元4控制第三電磁閥33的啟閉，以實現(xiàn)對模擬發(fā)動機31的放氣泄壓，進一步保證了試驗安全性和控制可靠性。

本實施例中，測控單元4包括計算機組件41和壓力傳感器42，測控電纜6包括信號采集線61和控制線62，計算機組件41通過控制線62分別與第一電磁閥16、第二電磁閥25、第三電磁閥33、常開電磁閥22以及常閉電磁閥23連接，壓力傳感器42分裝在第一放氣泄壓管道15和第三放氣泄壓管道32上，計算機組件41通過信號采集線61分別與兩個壓力傳感器42連接。該結(jié)構(gòu)中，計算機組件41通過信號采集線61采集兩個壓力傳感器42的壓力信號，然后將信號通過控制線62反饋至與第一電磁閥16、第二電磁閥25、第三電磁閥33、常開電磁閥22以及常閉電磁閥23，從而實現(xiàn)對三個單元放氣泄壓的遠(yuǎn)程自動化控制以及對輸氣單元2快速輸氣的遠(yuǎn)程自動化控制。

如圖3所示，本發(fā)明固體發(fā)動機高壓強冷氣快速沖擊加載試驗方法的實施例，用上述的固體發(fā)動機高壓強冷氣快速沖擊加載試驗系統(tǒng)進行，包括以下步驟：

S1：氣源充氣：啟動氣源單元1，使氣源單元1充氣蓄壓至試驗所需條件；

S2：快速沖擊：通過測控單元4快速啟動輸氣單元2，使高壓強冷氣充入試驗單元3，同時測控單元4采集氣壓隨時間的變化信號；

S3：沖擊完成：試驗單元3內(nèi)的氣壓達(dá)到目標(biāo)值時，通過測控單元4快速關(guān)閉輸氣單元2，完成快速沖擊加載試驗；

S4：放氣泄壓：通過測控單元4完成氣源單元1、輸氣單元2和試驗單元3的放氣泄壓。

結(jié)合試驗系統(tǒng)采用該方法實現(xiàn)高速增壓，操作便捷、安全性高，能根據(jù)試驗條件的不同調(diào)整工況，滿足不同型號固體發(fā)動機結(jié)構(gòu)完整性的試驗需求，且比固體發(fā)動機點火真實試驗成本低。

雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍的情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。