[發明專利]一種溫度可控發動機殼體水壓爆破實驗系統及方法

有效

• 申請號: 202010289230.X
• 申請日: 2020-04-14
• 公開（公告）號: CN112748013B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 聶建新;魏子婷;郭學永;閆石;焦清介;范文琦;梁曉愛
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01M13/00;G01M15/00
• 代理公司: 北京知舟專利事務所(普通合伙) 11550
• 代理人: 郭韞

本發明提供了一種溫度可控發動機殼體水壓爆破實驗系統及方法，屬于固體火箭發動機熱安全性研究領域。所述系統包括：模擬發動機殼體、加熱裝置和加壓裝置；所述加熱裝置安裝在所述模擬發動機殼體的外部；利用所述加熱裝置對模擬發動機殼體進行加熱；所述加壓裝置設置在所述加熱裝置的外部，并通過管路與所述模擬發動機殼體連接；利用所述加壓裝置對模擬發動機殼體進行加壓。利用本發明能夠模擬發動機遭受意外熱刺激導致推進劑裝藥意外反應時發動機殼體承受的高溫高壓環境，實現了高溫條件下發動機殼體爆破壓強測試，并確保了測試的安全性。

技術領域

本發明屬于固體火箭發動機熱安全性研究領域，具體涉及一種溫度可控發動機殼體水壓爆破實驗系統及方法。

背景技術

固體火箭發動機(以下簡稱發動機)在導彈武器系統中通常占全彈質量的60％～70％，在存貯、運輸和待機發射過程中可能遭遇火災或臨近庫房起火等意外熱刺激，極易引起發動機意外爆燃甚至爆炸等劇烈響應，造成重大的安全事故，是導彈武器系統的主要危險源。

已有研究表明殼體緩釋技術可以有效提高發動機的熱安全性。殼體緩釋技術是指通過殼體材料或結構設計減弱推進劑裝藥的約束強度最終在殼體上建立泄壓排氣通道，使推進劑裝藥在意外熱刺激作用下發生相對溫和的燃燒反應，進而降低發動機的響應劇烈程度，使其滿足服役安全性要求。國外已有諸多應用案例。法國洛克希爾公司采用了殼體外部刻應力集中槽和金屬帶纏繞殼體技術對導彈發動機進行了緩釋設計，有效地降低了發動機在慢速烤燃試驗中的響應劇烈程度；美國響尾蛇空空導彈Mk36 Mod11發動機在改進設計時采用了纖維纏繞石墨復合材料殼體的緩釋技術，極大地降低了快速烤燃試驗中發動機的響應劇烈程度；美國改進型海麻雀導彈選用了碳纖維增強復合材料殼體，該設計顯著降低了快速烤燃和慢速烤燃試驗中發動機的響應劇烈程度。

然而，發動機殼體緩釋設計的關鍵是掌握不同環境溫度(尤其是高溫)條件下發動機殼體爆破壓強。發動機殼體爆破壓強通常是指在正常使用情況下，即在常溫(地面試車時)或正常氣動加熱(飛行時)環境中殼體能夠承受燃燒室正常工作產生的最大壓強。針對發動機遭受意外熱刺激時發生劇烈響應的安全性問題，可以依據高溫條件下殼體爆破壓強進行發動機殼體緩釋設計，使殼體能在發動機內部異常壓力聚集前形成泄壓通道，進而降低其響應劇烈程度。

發動機殼體爆破壓強一般可以通過壓力容器水壓爆破實驗測得，但現有的水壓爆破實驗機是常溫加壓實驗裝置，沒有環境溫度的耦合，難以模擬發動機遭受意外熱刺激的情況，無法實現高溫條件下發動機殼體爆破壓強的測試；在現在的水壓爆破試驗中，通過加熱實驗件可以實現對環境溫度的耦合，但是管路內的過熱水回流極易損壞水壓爆破實驗機的加壓組件；除此之外現有的環境升溫裝置大多為烤燃箱，此實驗過程中殼體內高溫高壓飽和水在殼體破裂時會發生物理爆炸，極易損毀烤燃箱和周邊實驗設施，有一定的危險性，且測試成本巨大。

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有技術中存在的難題，提供一種溫度可控發動機殼體水壓爆破實驗系統及方法，采用水壓機加壓和加熱帶升溫的方式，模擬發動機遭受意外熱刺激導致推進劑裝藥意外反應時發動機殼體承受的高溫高壓環境，配合溫度傳感器、壓力傳感器、溫度和壓力控制系統、計算機監控臺、單向閥、截止閥和高速攝像機，測試不同溫度條件下發動機殼體爆破壓強，實現發動機殼體過熱水壓爆破模擬、控制、記錄及觀測。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明的第一個方面，提供了一種溫度可控發動機殼體水壓爆破實驗系統，所述系統包括：模擬發動機殼體、加熱裝置和加壓裝置；

所述加熱裝置安裝在所述模擬發動機殼體的外部；利用所述加熱裝置對模擬發動機殼體進行加熱；

所述加壓裝置設置在所述加熱裝置的外部，并通過管路與所述模擬發動機殼體連接；利用所述加壓裝置對模擬發動機殼體進行加壓。

具體的，所述模擬發動機殼體包括：上端蓋、筒體和下端蓋；

所述筒體為兩端開口的圓筒狀結構；