本實(shí)用新型涉及火箭固體發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體為固體發(fā)動(dòng)機(jī)粘接界面受載狀態(tài)監(jiān)檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)由于其具有結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單﹑使用維護(hù)方便、可靠性高、貯存性能穩(wěn)定、機(jī)動(dòng)性高和經(jīng)濟(jì)性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前各國(guó)現(xiàn)役和在研的一百多種導(dǎo)彈中，固體導(dǎo)彈占到了80％以上。經(jīng)過四十多年的發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)役的型號(hào)導(dǎo)彈中，大多數(shù)第一級(jí)或第二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)都使用其作為推進(jìn)動(dòng)力裝置。因固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是長(zhǎng)期貯存、一次使用的，所以工業(yè)部門在將固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)交付部隊(duì)時(shí)都統(tǒng)一給出了其貯存和使用壽命。但在部隊(duì)的實(shí)際使用中，由于各固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的貯存和工作環(huán)境都不盡相同，即使是同一型號(hào)、同時(shí)產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機(jī)，其真實(shí)的壽命也會(huì)有很大的差異。而其真實(shí)壽命為隨機(jī)變量，所以在這一批次中會(huì)有很大一部分的發(fā)動(dòng)機(jī)還是在壽命期內(nèi)的，對(duì)這些壽命期內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行報(bào)廢銷毀會(huì)對(duì)我軍戰(zhàn)斗力產(chǎn)生重大的影響，也是對(duì)國(guó)防經(jīng)費(fèi)的重大浪費(fèi)。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)外服役的固體發(fā)動(dòng)機(jī)由界面脫粘引起的失效報(bào)廢達(dá)到三分之一。對(duì)澆鑄式固體發(fā)動(dòng)機(jī)而言，界面粘接質(zhì)量尤為重要。澆鑄式固體發(fā)動(dòng)機(jī)包括多個(gè)粘接界面，有殼體/絕熱層、絕熱層/襯層、襯層/推進(jìn)劑界面，其中任何一個(gè)界面發(fā)生脫粘，將直接破壞發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)完整性，致使發(fā)動(dòng)機(jī)失效，甚至使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生爆炸事故。因此對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)各粘接界面性能的研究已成為該領(lǐng)域研究者所關(guān)注的重點(diǎn)。

對(duì)于固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的傳感器子系統(tǒng)可分為外置式傳感器和埋入式傳感器。目前廣泛使用的發(fā)動(dòng)機(jī)無損檢測(cè)系統(tǒng)就屬于外置式傳感器。典型的外置式傳感器檢測(cè)系統(tǒng)就是工業(yè)CT檢測(cè)系統(tǒng)，工業(yè)CT檢測(cè)系統(tǒng)具有系統(tǒng)復(fù)雜、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、檢測(cè)截面有限、成本高、維護(hù)繁瑣等缺點(diǎn)。埋入式傳感器現(xiàn)階段主要應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)檢測(cè)，并取得了一定的研究成果，而采用埋入傳感器對(duì)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)健康監(jiān)檢測(cè)的研究還只是局限在理論和模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用上。至今為止，埋入式傳感器還只是用于模擬的監(jiān)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)中，并未用于實(shí)裝發(fā)動(dòng)機(jī)中；推進(jìn)劑的所有化學(xué)性質(zhì)仍然依靠解剖發(fā)動(dòng)機(jī)、取出裝藥進(jìn)行試驗(yàn)的破壞方式獲得。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是具有實(shí)用性的固體發(fā)動(dòng)機(jī)粘接界面受載狀態(tài)監(jiān)檢測(cè)裝置，所采取的技術(shù)方案是：

這種固體發(fā)動(dòng)機(jī)粘接界面受載狀態(tài)監(jiān)檢測(cè)裝置，包括設(shè)置在固體發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)壁的應(yīng)力-溫度傳感器，設(shè)置在固體發(fā)動(dòng)機(jī)外并與應(yīng)力-溫度傳感器通過引線相連的應(yīng)力變送器、與應(yīng)力變送器相連的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及激勵(lì)電源，與現(xiàn)有技術(shù)不同的是：所述的應(yīng)力-溫度傳感器共九個(gè)，結(jié)構(gòu)形式為平膜圓柱型，傳感器直徑≤Φ15mm，厚度≤3mm，引線為絕緣扁平連接線，寬度3mm，厚度約為0.1mm；在所述的固體發(fā)動(dòng)機(jī)距離其前端1/4處和1/2處、周向6 點(diǎn)鐘位置、9點(diǎn)鐘位置和12點(diǎn)鐘位置的絕熱層分別開設(shè)內(nèi)徑大于應(yīng)力-溫度傳感器外徑 2mm、深度≤3mm的盲孔，并在每個(gè)盲孔朝向固體發(fā)動(dòng)機(jī)前端的方向開設(shè)寬度稍大于3mm 的斜坡槽，六個(gè)所述的應(yīng)力-溫度傳感器通過環(huán)氧樹脂AB膠粘附在所述盲孔內(nèi)，其引線也通過環(huán)氧樹脂AB膠粘附在斜坡槽及固體發(fā)動(dòng)機(jī)絕熱層并沿固體發(fā)動(dòng)機(jī)軸向從固體發(fā)動(dòng)機(jī)前端引出；在所述的固體發(fā)動(dòng)機(jī)距離其前端3/4處、周向4點(diǎn)鐘位置、8點(diǎn)鐘位置和12點(diǎn)鐘位置的殼體/絕熱層界面開設(shè)內(nèi)徑大于應(yīng)力-溫度傳感器外徑2mm、深度≤3mm的盲孔，并在每個(gè)盲孔對(duì)應(yīng)于傳感器出線位置、朝向固體發(fā)動(dòng)機(jī)前端的方向開設(shè)寬度稍大于3mm的斜坡槽，三個(gè)所述的應(yīng)力-溫度傳感器通過環(huán)氧樹脂AB膠粘附在所述盲孔內(nèi)，其引線也通過環(huán)氧樹脂AB膠粘附在斜坡槽及固體發(fā)動(dòng)機(jī)絕熱層并沿固體發(fā)動(dòng)機(jī)軸向從固體發(fā)動(dòng)機(jī)前端引出；所述的應(yīng)力-溫度傳感器及其引線除與盲孔及絕熱層接觸面外其他各面涂刷襯層，襯層內(nèi)澆筑推進(jìn)劑藥柱。

進(jìn)一步地，所述的應(yīng)力-溫度傳感器的應(yīng)力范圍：-0.1～1MPa；溫度量程：-40～ 70℃；應(yīng)力精度：≤5％；溫度精度：≤1℃；傳感器出線：聚酰亞胺導(dǎo)電膜。

當(dāng)數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)為16通道記錄儀時(shí)，所述九個(gè)應(yīng)力-溫度傳感器中八個(gè)為實(shí)際監(jiān)檢測(cè)用，另外一個(gè)為冗余。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有如下特點(diǎn)：

(1)傳感器易于安裝、不影響裝藥應(yīng)力場(chǎng)、具有較高的精確性與穩(wěn)定性，并且能全面的監(jiān)測(cè)所需要的數(shù)據(jù)信息；

(2)埋入后對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)粘接界面強(qiáng)度特性、貯存特性以及工作特性的影響較低，不對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞性影響；

(3)埋入在發(fā)動(dòng)機(jī)受各種載荷作用下時(shí)界面溫度響應(yīng)最快或應(yīng)力最大處。

(4)與工業(yè)CT等現(xiàn)有外置式階段性抽樣檢測(cè)裝置相比，該檢測(cè)裝置具有實(shí)時(shí)性、全壽命周期可測(cè)性。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型應(yīng)力-溫度傳感器在固體發(fā)動(dòng)機(jī)上的分布示意圖。

圖2是圖1中A-A處的剖視圖。

圖3是圖1中B-B處的剖視圖。

圖4是圖1中C-C處的剖視圖。

其中：圖中標(biāo)號(hào)1的部件為應(yīng)力-溫度傳感器。

具體實(shí)施方式

一、固體發(fā)動(dòng)機(jī)及其健康監(jiān)檢測(cè)系統(tǒng)

固體發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由點(diǎn)火裝置、燃燒室、噴管組成。其中燃燒室是固體發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件，而發(fā)動(dòng)機(jī)各粘接界面又是燃燒室的薄弱部位。因此，粘接界面健康狀態(tài)的監(jiān)檢測(cè)是發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)檢測(cè)的重要組成部分。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)粘接界面產(chǎn)生脫粘的原因、特點(diǎn)與失效模式分析結(jié)果，固體發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)檢測(cè)目標(biāo)量確定為藥柱粘接界面應(yīng)力和溫度。

固體發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)檢測(cè)系統(tǒng)主要由硬件——固體發(fā)動(dòng)機(jī)粘接界面受載狀態(tài)監(jiān)檢測(cè)裝置和軟件兩部分組成。硬件部分包括傳感器網(wǎng)絡(luò)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備；軟件部分包含信號(hào)的處理、分析和判廢標(biāo)準(zhǔn)等。

固體發(fā)動(dòng)機(jī)粘接界面受載狀態(tài)監(jiān)檢測(cè)裝置，重點(diǎn)是傳感器技術(shù)方案的設(shè)計(jì)，而傳感器的設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮固體發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱、襯層和絕熱層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

固體發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室通常由藥柱、絕熱層、襯層、殼體組成。藥柱是燃燒室的主要組成部分，一般質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大。通常絕熱層和襯層的結(jié)構(gòu)質(zhì)量占燃燒室總質(zhì)量的分?jǐn)?shù)較小，結(jié)構(gòu)尺寸也較小，一般情況下襯層厚度為0.5mm-1mm；絕熱層厚度在0.8mm-20mm之間；殼體材料有金屬與非金屬兩種，殼體壁厚一般在1mm-5mm之間。

通常粘接界面應(yīng)力測(cè)試的方法有兩種，一種是在發(fā)動(dòng)機(jī)殼體壁上打孔，傳感器通過孔測(cè)量粘接界面應(yīng)力，即活塞式界面應(yīng)力傳感器；另外一種是傳感器內(nèi)置在殼體內(nèi)部，固定在殼體內(nèi)壁上，即埋入式微型應(yīng)力傳感器。兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，第一種方法通常用于氣體或液體應(yīng)力的測(cè)試。優(yōu)點(diǎn)是適用溫度范圍寬，對(duì)傳感器結(jié)構(gòu)尺寸和體積要求較低，而且對(duì)于藥柱應(yīng)力場(chǎng)的影響基本可以忽略；缺點(diǎn)是需要在殼體壁上打孔，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)完整性和可靠性。第二種方法通常用于固體或液體應(yīng)力的測(cè)試。優(yōu)點(diǎn)是不破壞發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的結(jié)構(gòu)，不影響發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)完整性和可靠性；缺點(diǎn)是對(duì)傳感器結(jié)構(gòu)尺寸和體積要求較高，對(duì)藥柱應(yīng)力場(chǎng)有一定的影響。

通過對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)項(xiàng)目研究資料的跟蹤、收集和梳理，可以看出由于埋入式應(yīng)力-溫度測(cè)試方法的優(yōu)點(diǎn)比較突出，而且相關(guān)研制的基礎(chǔ)支撐技術(shù)發(fā)展較快，因此，埋入式界面應(yīng)力-溫度傳感器是未來監(jiān)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。本實(shí)用新型結(jié)合我國(guó)傳感器設(shè)計(jì)生產(chǎn)技術(shù)水平實(shí)際，確定采用微型埋入式界面應(yīng)力-溫度傳感器用于監(jiān)測(cè)粘接界面的應(yīng)力-溫度數(shù)據(jù)。

粘接界面應(yīng)力-溫度監(jiān)檢測(cè)裝置除了作為核心傳感元件的應(yīng)力-溫度傳感器之外，還包括激勵(lì)電源、應(yīng)力變送器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。從前述的燃燒室絕熱層、襯層與殼體結(jié)構(gòu)特征尺寸可知，燃燒室內(nèi)部傳感器的埋置空間非常有限，同時(shí)由于埋入式傳感器技術(shù)水平與安全性的限制，粘接界面應(yīng)力-溫度監(jiān)檢測(cè)系統(tǒng)的激勵(lì)源和輸出變送裝置放置在發(fā)動(dòng)機(jī)外部?？紤]到推進(jìn)劑的安全性，傳感器的供電采用低壓直流供電，根據(jù)推進(jìn)劑的安全指標(biāo)確定直流電壓為5V，這樣就能提供低壓、低功耗、高穩(wěn)定性、高安全性的供電。由于壓力傳感器輸出信號(hào)較弱，需要將傳感器輸出的微小壓力變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，通過放大、A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集。

二、粘接界面應(yīng)力-溫度傳感器的結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)

作為整個(gè)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)檢測(cè)系統(tǒng)的感知和神經(jīng)系統(tǒng)，傳感器擔(dān)負(fù)著在結(jié)構(gòu)中采集與各種物理量直接相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息的任務(wù)。是整個(gè)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。粘接界面應(yīng)力-溫度傳感器研究的第一步是確定傳感器的結(jié)構(gòu)方案和性能指標(biāo)。

(1)結(jié)構(gòu)方案的選擇

早在60年代后期，美國(guó)洛克希德公司就依據(jù)與美國(guó)空軍火箭推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的合同要求開展了“STV”計(jì)劃研究，研究了用于固體發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱的應(yīng)力、應(yīng)變和溫度傳感技術(shù)。并在后續(xù)相關(guān)計(jì)劃中持續(xù)對(duì)傳感器結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了改進(jìn)和提高，近年隨著微機(jī)電技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化階段以及在美軍方強(qiáng)烈需求的推動(dòng)下，MICRON公司研制了能同時(shí)測(cè)量溫度與應(yīng)力的雙參數(shù)微型粘接界面應(yīng)力-溫度傳感器。該傳感器技術(shù)成熟，應(yīng)用情況良好。參考該傳感器結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)，同時(shí)結(jié)合我國(guó)相關(guān)行業(yè)的技術(shù)水平，確定了本實(shí)用新型粘接界面應(yīng)力-溫度傳感器的結(jié)構(gòu)形式為平膜圓柱型，傳感器直徑≤Φ15mm，厚度≤3mm。

(2)性能指標(biāo)的確定

固體發(fā)動(dòng)機(jī)在生產(chǎn)、貯存、運(yùn)輸、值班和使用的全壽命周期內(nèi)要經(jīng)歷各種環(huán)境與載荷的作用。發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱/絕熱層粘接界面的應(yīng)力和溫度與藥柱結(jié)構(gòu)、材料特性和環(huán)境歷程密切相關(guān)，因此，需要根據(jù)極端環(huán)境下發(fā)動(dòng)機(jī)粘接界面應(yīng)力-溫度確定傳感器性能指標(biāo)。

根據(jù)大量相關(guān)的有限元計(jì)算結(jié)果，極端環(huán)境下某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)靠近前封頭部位在典型載荷作用下的藥柱/絕熱層粘接界面應(yīng)力最大值≤1MPa。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，確定粘接界面應(yīng)力- 溫度傳感器的主要性能指標(biāo)如下：

應(yīng)力范圍：(-0.1～1)MPa；

溫度量程：(-40～70)℃；

應(yīng)力精度：≤5％；

溫度精度：≤1℃；

超負(fù)荷：150％；

傳感器尺寸:≤(Φ15×3)㎜；

供電電壓：5VDC；

傳感器出線：聚酰亞胺導(dǎo)電膜，引線長(zhǎng)度2m；

引線要求：絕緣扁平抗干擾連接線；

傳感器封裝材料應(yīng)具備防潮、防腐蝕能力。

三、監(jiān)檢測(cè)裝置組成及技術(shù)指標(biāo)

綜合上述粘接界面應(yīng)力-溫度監(jiān)檢測(cè)系統(tǒng)方案，確定粘接界面應(yīng)力-溫度監(jiān)檢測(cè)裝置中的變送器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的具體技術(shù)指標(biāo)如下：

變送器尺寸：≤(70×60×40)mm；

變送器供電：24VDC；

變送器輸出：兩路，5VDC，(4～20)mA；

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具備應(yīng)力與溫度零點(diǎn)調(diào)節(jié)功能；

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)外部供電；220V；

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸出：24VDC；

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)顯示位數(shù)：4位；

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)顯示信號(hào)：兩路(溫度與應(yīng)力各一路)。

四、仿真試驗(yàn)

1、監(jiān)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)

考慮到經(jīng)費(fèi)問題，監(jiān)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)殼體采用45號(hào)鋼，推進(jìn)劑、絕熱層和襯層材料與原型發(fā)動(dòng)機(jī)相同，考慮到試驗(yàn)的安全性問題，推進(jìn)劑采用與端羥基聚丁二烯復(fù)合固體推進(jìn)劑力學(xué)性能一致的模擬裝藥，絕熱層采用三元乙丙材料，襯層采用B703配方。為減少試驗(yàn)難度和降低成本，只對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的圓柱段結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，裝藥為內(nèi)孔型裝藥。

監(jiān)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)采用內(nèi)孔型裝藥的結(jié)構(gòu)形式，這樣能夠更加準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)到界面的溫度和應(yīng)力，并且保證各傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的一致性。監(jiān)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)殼體設(shè)計(jì)成沿軸向分半式結(jié)構(gòu)，兩半殼體通過側(cè)面的法蘭進(jìn)行連接。采用這樣的結(jié)構(gòu)形式能有效的降低界面應(yīng)力傳感器埋置的難度，確保界面?zhèn)鞲衅鞯陌惭b精度與埋置質(zhì)量，提高傳感器的測(cè)量精度。

燃燒室筒體的壁厚：

材料選取45號(hào)鋼(GB905-82)。最小壁厚：

式中δ_min為最小壁厚；φ為壓力波動(dòng)系數(shù)，一般取φ＝1.1～1.2，本文取1.2；p_max為最大工作壓強(qiáng)，本文取10MPa；D_i為圓筒的內(nèi)徑，本文取300mm；ξ為焊縫強(qiáng)度系數(shù)，一般取ξ＝0.9～1.0，本文取0.9；σ為材料的許用應(yīng)力，其中為在T℃下的強(qiáng)度極限； n_b為安全系數(shù)1.25～1.5，本文取安全系數(shù)取1.5。

綜合上述，可得燃燒室筒體的最小壁厚為

考慮可靠性和采用現(xiàn)有材料，監(jiān)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)最終壁厚確定為5mm。

前后封頭法蘭連接的螺栓尺寸和數(shù)目：

考慮后續(xù)試驗(yàn)方便，前后封頭連接采用法蘭螺栓連接形式，為此應(yīng)確定螺栓尺寸和數(shù)目。

法蘭總承受力：

F_a＝kp_maxA

式中：F_a為法蘭總的承受力；

k為修正系數(shù)，一般取k＝1.5～1.8，在此取1.8；

p_max為最大工作壓強(qiáng)；

A為受力面積。

綜合上述，可得法蘭總的承受力為：

F_a＝381510(N)

經(jīng)查GJB123《螺栓、螺釘技術(shù)條件》和GJB143《螺栓和螺釘?shù)膹?qiáng)度數(shù)據(jù)》得材料為 45號(hào)鋼的M12×1.5的螺栓最小破壞拉力為F_E＝51900(N)，這樣可得所需螺栓數(shù)目為

模擬發(fā)動(dòng)機(jī)法蘭連接的螺栓數(shù)目最終確定為8個(gè)均布的M12×1.5螺栓。

監(jiān)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)度校核：

在進(jìn)行應(yīng)力分析和強(qiáng)度校核前，首先應(yīng)弄清發(fā)動(dòng)機(jī)的受載情況。原型發(fā)動(dòng)機(jī)承受的載荷有：內(nèi)載荷(燃?xì)猱a(chǎn)生的內(nèi)壓、軸向推力、點(diǎn)火沖擊等)、外載荷(如重力、機(jī)械沖擊、振動(dòng)等)和連接載荷(零部件對(duì)殼體作用的載荷)。由于監(jiān)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)任務(wù)是在地面進(jìn)行的，雖然不進(jìn)行點(diǎn)火試驗(yàn)，但考慮到誤點(diǎn)火，故監(jiān)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)力分析只考慮燃?xì)猱a(chǎn)生的內(nèi)壓載荷。

采用商用有限元計(jì)算軟件，根據(jù)監(jiān)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)幾何模型的對(duì)稱性，取1/10進(jìn)行三維應(yīng)力應(yīng)變分析。得出發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的節(jié)點(diǎn)最大等效應(yīng)力為Pa。根據(jù)第四強(qiáng)度理論，等效應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力(材料的許用應(yīng)力為Pa)，確定設(shè)計(jì)的監(jiān)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)安全可靠。

研究確定發(fā)動(dòng)機(jī)殼體筒段內(nèi)徑Φ300mm，外徑Φ310mm，長(zhǎng)度為1200mm。兩端面為外法蘭連接方式。

藥型、絕熱層和襯層的確定：

為滿足幾何相似，絕熱層厚度和襯層厚度與原型相同。藥型采用內(nèi)孔型裝藥，內(nèi)孔直徑為Φ 50mm。絕熱層厚度為3mm，采用高溫高壓擠壓法成型。襯層采用B703配方,采用刷涂法制成，厚度約為0.5mm(埋入傳感器后刷涂襯層)。

2、傳感器埋入位置

粘結(jié)界面應(yīng)力-溫度傳感器埋入位置的確定應(yīng)遵循以下三個(gè)原則：

(1)應(yīng)考慮試驗(yàn)過程中傳感器應(yīng)滿足易于安裝、不影響裝藥應(yīng)力場(chǎng)、具有較高的精確性與穩(wěn)定性，并且能全面的監(jiān)測(cè)所需要的數(shù)據(jù)信息；

(2)埋入后應(yīng)盡量降低對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)粘接界面強(qiáng)度特性、貯存特性以及工作特性的影響，不能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞性影響；

(3)應(yīng)埋入到發(fā)動(dòng)機(jī)受各種載荷作用下時(shí)界面溫度響應(yīng)最快或應(yīng)力最大處。

在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)完整性分析中，界面粘接強(qiáng)度是其至關(guān)重要的影響因素。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)外服役的固體發(fā)動(dòng)機(jī)由界面脫粘引起的失效報(bào)廢達(dá)到三分之一。對(duì)澆鑄式固體發(fā)動(dòng)機(jī)而言，界面粘接質(zhì)量尤為重要。澆鑄式固體發(fā)動(dòng)機(jī)包括多個(gè)粘接界面，有殼體/ 絕熱層、絕熱層/襯層、襯層/推進(jìn)劑界面，其中任何一個(gè)界面發(fā)生脫粘，將直接破壞發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)完整性，致使發(fā)動(dòng)機(jī)失效，甚至使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生爆炸事故。因此對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)各粘接界面性能的研究已成為該領(lǐng)域研究者所關(guān)注的重點(diǎn)。

依據(jù)以上分析，根據(jù)部隊(duì)多年的發(fā)動(dòng)機(jī)使用經(jīng)驗(yàn)和工業(yè)CT無損檢測(cè)的結(jié)果報(bào)告，分析得出發(fā)動(dòng)機(jī)在裝藥固化、運(yùn)輸、貯存及值班過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)襯層與絕熱層的粘接界面會(huì)受到往復(fù)的拉伸，使得襯層與絕熱層界面最容易產(chǎn)生脫粘現(xiàn)象。綜合文獻(xiàn)的研究成果，將傳感器的埋入界面確定為襯層與絕熱層界面。

傳感器的埋入位置根據(jù)傳感器的尺寸(傳感器尺寸為Φ15mm×3mm)，并考慮裝藥應(yīng)力-應(yīng)變場(chǎng)和安裝傳感器的個(gè)數(shù)和經(jīng)濟(jì)性。

由仿真結(jié)果可得：

(1)采用3個(gè)傳感器成正三角形安裝時(shí)，對(duì)裝藥應(yīng)力應(yīng)變的影響較小，只能測(cè)得一個(gè)界面應(yīng)力-應(yīng)變最大處的數(shù)據(jù)，但只有這種布置方案可以監(jiān)測(cè)到非象限處的界面應(yīng)力和溫度。

(2)采用3個(gè)傳感器成等腰直角三角形安裝時(shí)，對(duì)裝藥應(yīng)力應(yīng)變的影響較第一種方案影響稍大，但總體影響不大，3個(gè)傳感器能夠測(cè)得界面應(yīng)力-應(yīng)變最大、最小處及剪切力最大處的應(yīng)力應(yīng)變。

(3)采用4個(gè)傳感器成正方形安裝時(shí)，對(duì)裝藥應(yīng)力應(yīng)變的影響較第二種方案影響大，4個(gè)傳感器能夠測(cè)得界面應(yīng)力-應(yīng)變最大、最小處及剪切力最大處的應(yīng)力應(yīng)變，但考慮到實(shí)驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)性和采集數(shù)據(jù)的不重復(fù)性，不采用此種方法。

通過仿真計(jì)算安裝傳感器的藥柱應(yīng)力-應(yīng)變場(chǎng)，分析確定傳感器的安裝位置和數(shù)量：確定傳感器的安裝位置采取如圖3、4所示安裝3個(gè)成等腰直角三角形分布傳感器的方案。為了得到粘接界面非象限處的應(yīng)力和溫度，還需采用如圖2所示的安裝3個(gè)成正三角形分布的傳感器。

由于只針對(duì)圓柱段發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行模擬試驗(yàn)研究，考慮到圓柱段裝藥的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)，傳感器的布置方案采用在監(jiān)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)圓柱段的1/2處和距前端1/4處，各安3個(gè)成等腰直角三角形分布的傳感器；作為探索性研究，在距后段1/4處，安裝3個(gè)成正三角形分布的3個(gè)傳感器，以用來監(jiān)測(cè)界面非象限處的軸向應(yīng)力分布。傳感器共9個(gè)，采集柱段界面的溫度- 應(yīng)力數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)為16通道記錄儀，只能記錄8個(gè)傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，多余的一個(gè)傳感器為冗余)。界面應(yīng)力-溫度傳感器埋置在絕熱層與襯層界面，傳感器的電纜線從絕熱層與襯層界面間沿軸向從監(jiān)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)前端引出?？傮w分布方案如圖1所示。

傳感器的埋入方式選擇在絕熱層上打孔，粘接在殼體內(nèi)壁的方式。首先在絕熱層上挖去Φ17mm的盲孔，在引線方向加工一個(gè)斜坡槽，用以減少安裝中引線的扭曲。并將殼體打磨光滑；其次采用環(huán)氧樹脂AB膠將傳感器的固定面直接粘在殼體上，傳感器周圍也用環(huán)氧樹脂AB膠涂滿；然后在傳感器上加載一定的預(yù)壓力，并固化1個(gè)小時(shí)；最后用乙酸乙酯將傳感器的測(cè)試面清理干凈，降低傳感器的誤差，提高傳感器的測(cè)量精度。布線方式采用沿絕熱層內(nèi)表面布線的方式。采用環(huán)氧樹脂AB膠將引線沿絕熱層內(nèi)表面粘接，并從發(fā)動(dòng)機(jī)前端引出。需要注意的是引線不能有扭曲與交叉布線，以免損壞引線和產(chǎn)生信號(hào)干擾。由于引線為絕緣扁平連接線，寬度約為3mm，厚度約為0.1mm，將引線粘接在絕熱層與襯層之間不會(huì)影響界面的粘接強(qiáng)度。埋設(shè)好傳感器后，對(duì)每個(gè)傳感器進(jìn)行測(cè)試與調(diào)零。

傳感器埋入并固化好后，進(jìn)行襯層的涂刷，埋入傳感器后監(jiān)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)殼體(含絕熱層和襯層)涂刷均勻后放入50℃烘房?jī)?nèi)，保溫24小時(shí)，進(jìn)行襯層的半固化。半固化完成后，這時(shí)的襯層已經(jīng)定型，不會(huì)發(fā)生流動(dòng)和大變形，在澆鑄時(shí)的真空環(huán)境里也不會(huì)出現(xiàn)氣泡現(xiàn)象，且此時(shí)更容易與推進(jìn)劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成更加牢固的化學(xué)鍵，形成的粘接界面強(qiáng)度更高，故為了保證界面的粘接強(qiáng)度，在半固化好后直接進(jìn)行推進(jìn)劑的澆鑄。襯層保溫并半固化好后，再次對(duì)每個(gè)傳感器進(jìn)行測(cè)試，傳感器調(diào)試好后，直接將埋入傳感器的發(fā)動(dòng)機(jī)殼體送至裝藥工房進(jìn)行澆鑄裝藥。