[發(fā)明專利]高精度固體推進(jìn)劑燃?xì)馍闪繙y(cè)試裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010055261.9
• 申請(qǐng)日: 2020-01-17
• 公開（公告）號(hào): CN111271195B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉林林;陳澤斌;胡松啟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): F02K9/96
• 分類號(hào): F02K9/96;F02K9/95;F02K9/32
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 云燕春

一種高精度固體推進(jìn)劑燃?xì)馍闪繙y(cè)試裝置及方法，屬于推進(jìn)劑理化特性分析測(cè)試領(lǐng)域；所述裝置包括燃燒室、加熱裝置、壓強(qiáng)傳感器、真空泵、氣瓶和測(cè)試計(jì)算機(jī)；燃燒室的出口端通過(guò)三通接口分為兩路，一路依次接壓強(qiáng)傳感器和測(cè)試計(jì)算機(jī)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述燃燒室內(nèi)壓強(qiáng)數(shù)據(jù)；另一路通過(guò)高壓針閥分別與真空泵、氣瓶連接，分別用于所述燃燒室的抽真空和充氮?dú)猓蝗紵业娜紵覛んw、燃燒室端蓋和泄氣罩之間均采用螺紋密封連接；加熱裝置包括恒溫油浴槽、攪拌磁子、加熱介質(zhì)、溫度傳感器和底座，燃燒室由恒溫油浴槽逐漸加熱，從而使推進(jìn)劑樣品受熱自燃，排除了點(diǎn)火絲對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的干擾，同時(shí)有利于實(shí)驗(yàn)裝置的簡(jiǎn)易化，提升了實(shí)驗(yàn)的操作性和可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于推進(jìn)劑理化特性分析測(cè)試領(lǐng)域，具體涉及一種高精度固體推進(jìn)劑燃?xì)馍闪繙y(cè)試裝置及方法。

背景技術(shù)

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)屬于噴氣式推進(jìn)動(dòng)力裝置，其工作原理基于牛頓第三定律即作用力與反作用力原理。固體推進(jìn)劑作為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的能源和工質(zhì)源，通過(guò)推進(jìn)劑燃燒形成高溫高壓燃?xì)?，燃?xì)饬鹘?jīng)拉瓦爾噴管膨脹加速后產(chǎn)生反作用推力，因此推進(jìn)劑的做功能力決定了火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的能量水平。推進(jìn)劑的比容是評(píng)定推進(jìn)劑做功能力的重要參數(shù)，其定義為：1kg推進(jìn)劑燃燒后生成氣體產(chǎn)物，假定沒有水的凝結(jié)，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下所占有的體積。比容的實(shí)際意義在于表明推進(jìn)劑燃燒氣體生成量的多少，在其他條件不變的情況下，推進(jìn)劑的比容愈大即燃?xì)馍闪坑螅七M(jìn)劑做功能力就愈強(qiáng)。因此，精確測(cè)定燃?xì)馍闪繉?duì)于評(píng)估推進(jìn)劑的做功能力具有重要意義。

推進(jìn)劑燃?xì)馍闪靠捎蔁崃W(xué)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)試得出，其中熱力學(xué)計(jì)算是基于熱力學(xué)平衡且一般采用最小吉布斯自由能法來(lái)計(jì)算燃?xì)馍闪?；然而，固體推進(jìn)劑中氧化劑含量較低為貧氧體系，且往往含有一定量凝聚相金屬顆粒，導(dǎo)致在燃燒過(guò)程中燃燒產(chǎn)物往往達(dá)不到化學(xué)平衡，因此使得計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在較大的差異。中華人民共和國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB770B-2005方法702.1《氣體比容壓強(qiáng)傳感器法》介紹了一種火藥和火工藥劑燃燒氣體比容的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法，實(shí)驗(yàn)裝置包括量熱彈、容器、壓強(qiáng)傳感器、真空泵、點(diǎn)火電源、分析天平。該方法原理為將定量試樣在定容和一定真空度的量熱彈中燃燒所產(chǎn)生的氣體冷卻至室溫后通入定容和一定真空度的容器中，用壓力傳感器測(cè)定容器中試樣燃燒氣體壓力，并根據(jù)氣體狀態(tài)方程計(jì)算出燃?xì)饽枖?shù)并換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體體積，從而求出試樣燃燒氣體的比容。然而，燃燒產(chǎn)物冷卻至室溫過(guò)程中，水蒸氣轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，需用濾紙小心擦拭量熱彈內(nèi)和端蓋上的水珠，將濾紙收集并稱量，因此過(guò)程中收集速度、轉(zhuǎn)移稱量過(guò)程都可能帶來(lái)一定程度的測(cè)量誤差；此外，由于水以液態(tài)形式存在，燃?xì)庵腥粲兴苄越M分，便會(huì)進(jìn)一步增大測(cè)量誤差，例如目前應(yīng)用最廣泛的高氯酸銨推進(jìn)劑，燃燒產(chǎn)生的氯化氫氣體極易溶解于水中，導(dǎo)致燃?xì)馍闪康臏y(cè)試結(jié)果與實(shí)際偏差較大，因此該方法并不適合測(cè)試高氯酸銨推進(jìn)劑的燃?xì)馍闪俊?/p>

中國(guó)專利CN101126694公開了一種《推進(jìn)劑燃燒氣體摩爾數(shù)測(cè)試方法及其裝置》，實(shí)驗(yàn)裝置包括點(diǎn)火裝置、溫度傳感器、壓強(qiáng)傳感器、恒溫油浴槽、量熱彈。該專利測(cè)試原理為向量熱彈內(nèi)充放惰性氣體排出空氣，并將量熱彈置于恒溫油浴槽中，記錄溫度和壓強(qiáng)數(shù)據(jù)，通過(guò)點(diǎn)火裝置引燃樣品，待壓強(qiáng)恒定后記錄數(shù)據(jù)，根據(jù)氣體狀態(tài)方程 PV＝nRT計(jì)算出燃?xì)獾哪枖?shù)和體積。該方法雖然改善了水分含量測(cè)試不準(zhǔn)確的問(wèn)題，但仍然存在以下不足：(1)采用量熱彈作為燃燒器，其密封方式采用帶螺紋端蓋壓緊氟橡膠O型圈實(shí)現(xiàn)密封，然而O圈在高溫高壓下易老化變形造成燃?xì)庑孤?，從而?dǎo)致測(cè)試結(jié)果不可靠；(2)該專利采用的加熱介質(zhì)為液體石蠟，燃?xì)獍l(fā)生泄漏時(shí)會(huì)直接通入加熱浴中且高溫燃?xì)饪赡軙?huì)引燃液體石蠟，實(shí)驗(yàn)過(guò)程存在安全隱患；(3)該專利采用點(diǎn)火裝置引燃樣品，燃燒過(guò)程中點(diǎn)火絲易與推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生測(cè)量結(jié)果誤差；同時(shí)，點(diǎn)火接線柱與燃燒器間需設(shè)計(jì)絕緣裝置且需額外考慮高壓密封要求，增加了裝置的復(fù)雜程度；此外，采用點(diǎn)火裝置使推進(jìn)劑的初始發(fā)火點(diǎn)難以估計(jì)，對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試帶來(lái)不確定性影響；(4)該裝置處于石蠟浴中且無(wú)攪拌裝置，因此會(huì)導(dǎo)致石蠟浴內(nèi)部溫度分布不均，難以保證恒溫實(shí)驗(yàn)條件；(5)該裝置通過(guò)充放惰性氣體排除空氣，沒有考慮燃燒器自身空氣對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的干擾；此外，裝置進(jìn)排氣閥門為一體化單向設(shè)計(jì)，吹除燃燒器內(nèi)空氣時(shí)，需重復(fù)拆卸管路，增加了實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程的復(fù)雜程度。

發(fā)明內(nèi)容