一种自由装填双基系推进剂装药旋转燃烧测试装置及方法与流程
本发明涉及一种自由装填双基系推进剂装药旋转燃烧试验方法，适用于双基系推进剂装药旋转动态燃烧性能测试及表征。
背景技术：
1、为满足顶级导弹、战术导弹飞行弹道稳定性、提高命中精度和入轨精度的技术要求，通常需要固体火箭发动机绕自身高速旋转。由于离心力的作用，弹体旋转产生了径向旋转过载，这种角旋转过载提高了推进剂的燃烧速率，使得喷管流量减小，燃烧室压强增加，燃烧时间减少，由于燃烧室压强增加程度不可控，改变了火箭发动机性能，轻则毁坏旋转试验台，重则会导致整个实验室破坏；旋转过载还会导致推进剂装药的形变，尤其是对于一些内部含有包覆脱粘、裂纹、孔洞、夹杂、疏松等缺陷的装药，可能会使装药燃烧面积产生突变，导致发动机爆裂解体；发动机旋转条件下，推进剂装药燃烧过程存在着复杂的侵蚀燃烧、传热、多相流动和结构响应的耦合效应，对推进剂及装药设计提出了新的技术难题。
2、旋转末制导炮弹用推进剂装药研制中，安全性和可靠性的事故时有发生，科研人员的安全和设备平台的安全受到了严重威胁，目前主要通过修改药型、调整推进剂配方、静态内弹道性能试验考核、通过逐渐缓慢增加旋转速度、无限制的增加发动机壁面厚度提高承压能力等方式进行综合治理，造成了发动机试验周期长、成本高、试验费用昂贵，导致研制任务一拖再拖。推进剂装药动态旋转条件下燃烧速度变化规律复杂，甚至可能引起燃烧、结构力学耦合效应，引发爆炸爆轰等安全事故，因此亟需开展自由装填双基系推进剂装药旋转燃烧试验，获得旋转燃烧特性规律，阐明旋转燃烧机理，为旋转类导弹提供技术支撑和设计依据。
3、对推进剂及装药来说，旋转会影响配方体系中凝聚相粒子的运动规律，要保持动量守恒和径向偏差，金属和金属氧化物在推进剂装药和发动机壳体上的沉积量增加，影响了推进剂装药自身燃烧过程的调控。国内外对含铝复合推进剂在旋转条件下压强-时间、推力-时间曲线测试研究较多，对双基推进剂装药包括改性双基推进剂装药在旋转条件下的压强-时间、推力-时间曲线测试研究较少，尚没有建立相关试验方法。
技术实现思路
1、为了解决现有技术的不足或缺陷，本发明提供了一种自由装填双基系推进剂装药旋转燃烧测试装置。
2、为此，本发明所提供的自由装填双基系推进剂装药旋转燃烧测试装置包括：旋转燃烧试验发动机和排气羽流导流管；
3、所述旋转燃烧试验发动机包括燃烧室壳体，燃烧室壳体为筒状结构；所述燃烧室壳体一轴向端封闭，另一轴向端固定安装有由喷管座和喷喉组装而成的喷管，所示封闭端端面设有压力传感器安装孔，且压力传感器安装孔沿燃烧室壳体的中轴线开设；燃烧室壳体内从封闭端至喷管所在端依次设有点火药装盒、点火支架、待测试装药安装部位和挡药板(1-8)；测试时，所述封闭端、点火药装盒、点火支架、待测试装药、挡药板、喷喉和喷管座轴向依次固定；所述燃烧室壳体侧壁上设有点火孔和泄压孔，且点火孔和泄压孔径向上相对称；同时点火孔和泄压孔靠近所述封闭端；
4、所述排气羽流导流管本体为两端敞口的管状结构，且排气羽流导流管沿轴向依次由大口径段、锥体形过渡段和小口径段构成，其中大口径段套装在喷管所在燃烧室壳体的端部，且排气羽流导流管与燃烧室壳体共轴，排气羽流导流管小口径段内径大于喷管出口的径向尺寸。
5、可选的是，所述排气羽流导流管的过渡段管壁上开设有多个沿管体周向分布的排气孔。
6、可选的是，所述排气羽流导流管的大口径段外壁设有多个凹槽，该多个凹槽沿管体的周向均匀分布，所述排气孔与凹槽轴向上一一对应，且排气孔的圆心或中轴线过相应凹槽的中轴线。
7、可选的是，所述排气羽流导流管材质选自胶木或q345材质。
8、进一步的方案中，所述点火孔内安装有点火转接器，该点火转接器本体内设有通孔，该通孔内封装有接线铜柱。可选的是，所述点火转接器为铝材，且铝材点火转接器外表面镀有铜。
9、可选的是，所述燃烧室壳体封闭端由封头封闭，且封头与点火药盒之间由封头防护限位柱固定。
10、进一步的方案是，还包括卧式旋转燃烧试验台，所述卧式旋转试验台包括驱动装置、转子外壳、测试装置和发动机抱紧装置；所述测试装置和发动机抱紧装置固定于转子外壳内，所述驱动装置驱动转子外壳转动；
11、所述旋转燃烧试验发动机和排气羽流导流管固定安装于发动机抱紧装置中，且旋转燃烧试验发动机和排气羽流导流管的轴线位于发动机抱紧装置的中轴线；同时燃烧室壳体的封闭端靠近测试装置，排气羽流导流管的小径段将测试过程中装药燃烧产生的烟气导流处发动机抱紧装置以及转子外壳外；
12、所述压力传感器安装孔中安装有压力传感器，所述点火孔中穿设有点火线，压力传感器的信号传输线与点火线沿转子外壳的中轴线穿过与测试装置连接。
13、本发明还提供可自由装填双基系推进剂装药旋转燃烧测试方法，所述测试方法采用上述的测验装置进行测试，所述待测药柱装配于待测试装药安装部位；开启测试装置进行旋转，点火后采集转速、压力、时间的一一对应离散点数据，之后采用最小二乘法拟合出同一转速下的压力－时间曲线为测试结果。进一步，旋转测试过程中当燃烧室壳体压强上升到20mpa时，泄压孔中的泄压装置开始泄压。
14、本发明通过研究，突破了双基系推进剂装药旋转燃烧导流管设计、点火可靠性设计、旋转燃烧试验发动机与导流管的动平衡调节等，保证了高速旋转燃烧试验的安全性和试验数据的有效性和可用性，方法步骤简单、使用效果好、试验周期短，为双基系推进剂装药旋转燃烧试验测试及表征、相对应装药研制带来了有力支撑，解决了现有双基系推进剂装药旋转燃烧机理不清、燃烧规律不明、动态燃烧调控方向性不强的难题。
15、本发明可以对自由装填双基系推进剂装药在旋转条件下的燃烧速度、燃面变化进行测试研究，也可对不同配方的管状推进剂装药内弹道性能进行考核评估，当燃烧室压强上升到20mpa时，泄压装置迅速泄压，提高旋转燃烧发动机试验的可靠性和安全性，为建立旋转燃烧用推进剂装药设计方法提供支撑。有效解决了双基系推进剂装药旋转燃烧性能测试表征难题，对研究双基系推进剂装药旋转燃烧机理、动态燃烧调控具有指导意义，进而可准确预估双基系推进剂装药旋转燃烧性能，克服现有技术存在的不足。
技术特征：
1.一种自由装填双基系推进剂装药旋转燃烧测试装置，其特征在于，包括：旋转燃烧试验发动机(1)和排气羽流导流管(2)；
2.根据权利要求1所述的自由装填双基系推进剂装药旋转燃烧测试装置，其特征在于，所述排气羽流导流管的过渡段管壁上开设有多个沿管体周向分布的排气孔(2-4)。
3.根据权利要求1所述的自由装填双基系推进剂装药旋转燃烧测试装置，其特征在于，所述排气羽流导流管的大口径段外壁设有多个凹槽，该多个凹槽沿管体的周向均匀分布，所述排气孔与凹槽轴向上一一对应，且排气孔的圆心或中轴线过相应凹槽的中轴线。
4.根据权利要求1所述的自由装填双基系推进剂装药旋转燃烧测试装置，其特征在于，所述排气羽流导流管材质选自胶木或q345材质。
5.根据权利要求1所述的自由装填双基系推进剂装药旋转燃烧测试装置，其特征在于，所述点火孔内安装有点火转接器(3)，该点火转接器本体内设有通孔，该通孔内封装有接线铜柱。
6.根据权利要求5所述的自由装填双基系推进剂装药旋转燃烧测试装置，其特征在于，所述点火转接器为铝材，且铝材点火转接器外表面镀有铜。
7.根据权利要求1所述的自由装填双基系推进剂装药旋转燃烧测试装置，其特征在于，所述燃烧室壳体封闭端由封头(1-1)封闭，且封头与点火药盒之间由封头防护限位柱(1-2)固定。
8.根据权利要求1所述的自由装填双基系推进剂装药旋转燃烧测试装置，其特征在于，还包括卧式旋转燃烧试验台(4)，所述卧式旋转试验台包括驱动装置、转子外壳(4-1)、测试装置和发动机抱紧装置(4-2)；所述测试装置和发动机抱紧装置固定于转子外壳内，所述驱动装置驱动转子外壳转动；
9.一种自由装填双基系推进剂装药旋转燃烧测试方法，其特征在于，采用权利要求5所述的实验装置进行测试，所述待测药柱(1-5)装配于待测试装药安装部位；
10.根据权利要求9所述的自由装填双基系推进剂装药旋转燃烧测试方法，其特征在于，旋转测试过程中当燃烧室壳体压强上升到20mpa时，泄压孔中的泄压装置开始泄压。
技术总结
本发明公开了一种自由装填双基系推进剂装药旋转燃烧测试装置及方法，所公开的装置包括旋转燃烧试验发动机和排气羽流导流管，测试时，旋转燃烧试验发动机通过螺钉与排气羽流导流管固结到旋转燃烧试验装置上，点火转接器位于试验发动机壳体前部，将试验发动机内部点火头引出外部连接旋转燃烧试验装置的点火线路，当旋转燃烧试验装置转速稳定后点火，测试获得时间、压力、推力数据，通过数学处理获得高速旋转条件下燃烧室压强‑时间曲线及离散点数据。该方法步骤简单、设计合理且操作方便、使用效果好，有效解决了自由装填双基系推进剂装药旋转燃烧条件下燃烧室压强‑时间曲线及离散点数据的测试难题，可降低高速旋转或高过载工作环境下双基系推进剂装药研制成本，缩短研制周期，提高武器系统工作安全性和可靠性。
技术研发人员：李猛,李军伟,徐司雨,裴庆,赵凤起,张洋,姜菡雨,姚二岗,李恒
受保护的技术使用者：西安近代化学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23