[發明專利]一種固體火箭發動機殼內壁激光清洗裝置與方法

在審

• 申請號: 202210435050.7
• 申請日: 2022-04-24
• 公開（公告）號: CN114850138A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 楊亮;曹良成;吳文杰;劉基權;方淦
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: B08B7/00
• 分類號: B08B7/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 廖曦

本發明涉及一種固體火箭發動機殼內壁激光清洗裝置與方法，屬于火箭技術領域。該裝置包括激光系統、可調焦旋轉激光清洗頭、發動機殼體支撐及運動機構、吸氣系統和軟件控制系統。激光束經激光系統進入可調焦旋轉激光清洗頭，然后激光束經激光清洗頭內的聚焦透鏡聚焦及反射鏡反射后，聚焦光斑投射到發動機殼體內壁上，激光清洗頭內的旋轉電機帶動后端的反射鏡一起轉動。通過軟件控制系統對激光及發動機殼體運動機構進行調控，即可實現超快激光對殼體內壁的清洗。本發明根據火箭發動機的安全特殊性，選擇近似“冷加工”的超快脈沖激光作為去除固體火箭發動機殼內壁殘余物的“刀”，實現了安全、高效、高精度和綠色環保的清洗。

技術領域

本發明屬于火箭技術領域，涉及一種固體火箭發動機殼內壁激光清洗裝置與方法。

背景技術

固體火箭發動機殼體的回收再利用可以大大縮短生產周期，降低生產成本。

因此，回收的殼體需要對其內部的殘余物進行徹底清理干凈才能再次利用。傳統的方法主要采用化學浸泡或人工機械除膜的方式來清理?；瘜W浸泡會帶來大量污染，不環保。人工機械除膜方法也有諸多缺點：一是效果欠佳，采用機械的方式很難將具有彈性的殘余材料清除干凈，且容易損傷基材；二是精度不高，采用人工除膜的方式很難精確地控制，僅能憑個人的經驗來操作；三是效率低下，小型的固體火箭發動機燃燒室空間狹小，人工除膜比較費時費力，難以大規模的進行批量化去除；四是存在安全風險，機械去除的方式存在鋼絲刷的摩擦起火或升溫，而殘余物中有易燃易爆的推進劑，人工操作具有一定的安全隱患。近年來，發展出了高壓水射流清洗技術(專利CN 107716388 B)和等離子體表面處理技術(專利CN107808815A)對固體火箭發動機的清洗及表面處理，一定程度上提高了效率和降低了危險性。

激光是20世紀以來繼核能、電腦、半導體之后，人類的又一重大發明，被稱為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”。激光清洗是一種新興的材料表面清潔處理技術，可以替代傳統的機械除膜、酸洗、噴砂和高壓水槍清洗。它具有柔性傳輸、操控性好、適用材料廣、效率高、效果好等優勢，近年來在汽車模具、軌道交通、石油石化和文物清洗等領域已得到越來越廣闊的應用。

由于固體火箭發動機的燃燒室是一種長筒狀結構，要對其內壁進行處理，就需要考慮如何將激光引入并聚焦到其內壁上、光在內壁如何運動的問題。目前，該方法及技術均未見報道。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種固體火箭發動機殼內壁激光清洗裝置與方法。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種固體火箭發動機殼內壁激光清洗裝置，該裝置包括激光系統(101)、可調焦旋轉激光清洗頭(102)、發動機殼體支撐及運動機構(103)、吸氣系統(104)和計算機軟件(18)；

所述激光系統(101)安裝在光學平臺(1)上，超快脈沖激光器(2)發出的激光束依次經過能量調節器(3)、電子快門(4)及潛望鏡(5)后，進入激光清洗頭(102)，整個傳輸光路上的激光束用激光傳輸防護管(6)籠罩，用于為殼體內壁激光清洗提供能量源；

所述可變焦旋轉激光清洗頭(102)是將聚焦透鏡(8)固定在一維電動移動臺(9)上，并將其安裝在激光清洗頭伸縮桿(7)內，然后將激光清洗頭伸縮桿(7)一端與中空旋轉電機(10)的前端連接，將集成在一起的反射鏡(12)、觀察窗口(11)及激光出射窗口(13)與中空旋轉電機(10)的轉動軸相連，用于殼體內激光束的變焦及旋轉掃描；

所述發動機殼體支撐及運動機構(103)是將固體火箭發動機殼體(14)由電動手抓一(15)和電動手抓二(16)抓緊，并將其固定在電動平移臺(17)上，用于發動機殼體支撐及運動；