一種固體發(fā)動機(jī)充氣式測溫系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種固體發(fā)動機(jī)充氣式測溫系統(tǒng)，由發(fā)動機(jī)、供氣系統(tǒng)、測試系統(tǒng)組成，發(fā)動機(jī)固定在實(shí)驗(yàn)臺上，供氣系統(tǒng)和測試系統(tǒng)位于發(fā)動機(jī)的外部；氮?dú)馄颗c減壓閥、手閥、電磁閥、單向閥通過管路和進(jìn)氣口連接；壓強(qiáng)傳感器與測壓孔配合，熱電偶與測溫孔配合，壓強(qiáng)傳感器、熱電偶分別與計(jì)算機(jī)連接；非接觸式測溫裝置固定在透明窗一側(cè)，且采集頭與透明窗口相對，非接觸式測溫裝置與計(jì)算機(jī)連接。通過充入高壓氣體,同時減小透明窗底座出口截面積，既可使出口處形成雍塞，產(chǎn)生穩(wěn)定的氣體保護(hù)透明窗石英玻璃，又保證橫截面積有足夠的透光量，同時采用接觸式和非接觸式測量發(fā)動機(jī)燃燒室的溫度，實(shí)現(xiàn)兩種不同方法對同一燃?xì)鉁囟鹊耐綔?zhǔn)確測量。
【專利說明】一種固體發(fā)動機(jī)充氣式測溫系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固體火箭發(fā)動機(jī)測試【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，涉及一種固體發(fā)動機(jī)充氣式測溫系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]固體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室溫度是發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、防燒蝕設(shè)計(jì)和推進(jìn)劑燃燒機(jī)理研究的重要指標(biāo)參數(shù)。推進(jìn)劑燃燒火焰溫度及分布不僅是表征流場特征及火箭發(fā)動機(jī)性能的重要參數(shù)，更為預(yù)測推進(jìn)劑燃燒的物理化學(xué)過程及建立合理的數(shù)學(xué)物理模型提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)。
[0003]目前，利用熱電偶對火箭發(fā)動機(jī)進(jìn)行測溫的裝置應(yīng)用較為簡易，只需在發(fā)動機(jī)表面焊接測溫底座，通過螺紋連接將熱電偶固定在發(fā)動機(jī)上，使熱電偶探頭到達(dá)燃燒室內(nèi)部與燃?xì)饨佑|，得到燃燒室的工作溫度。但利用此裝置進(jìn)行測溫的局限性在于一般的熱電偶只能測量2300°C以下的溫度，很難進(jìn)行發(fā)動機(jī)的高溫測量，且熱電偶容易熔斷。
[0004]利用非接觸測溫裝置測得的溫度范圍有所提高，在固體火箭發(fā)動機(jī)的高溫測試領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景，例如紅外測溫儀測溫范圍為_50°C—+3000°C。利用非接觸法進(jìn)行的火箭發(fā)動機(jī)測溫裝置，常規(guī)的方法是在發(fā)動機(jī)表面焊接一個透明玻璃窗口，使燃燒室的光波透過玻璃，被非接觸測溫儀收集，從而測得火箭發(fā)動機(jī)燃?xì)獾臏囟取?br> [0005]但測溫裝置的缺點(diǎn)在于，發(fā)動機(jī)工作時所產(chǎn)生的高溫燃?xì)鈺苯咏佑|到玻璃表面，對玻璃產(chǎn)生一定程度的損壞；發(fā)動機(jī)燃燒產(chǎn)物容易覆蓋到透明玻璃表面阻礙了光波的收集，使得測得的溫度并非燃?xì)獾恼鎸?shí)溫度，而是窗口附著物的溫度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種固體發(fā)動機(jī)充氣式測溫系統(tǒng)，通過充入高壓氮?dú)獗Ｗo(hù)透明窗，同時采用接觸式和非接觸式測量發(fā)動機(jī)燃燒室的溫度，實(shí)現(xiàn)兩種不同方法對同一燃?xì)鉁囟鹊耐綔?zhǔn)確測量；為發(fā)動機(jī)工作過程分析研究提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括發(fā)動機(jī)、供氣系統(tǒng)、測試系統(tǒng)，其特點(diǎn)是，所述發(fā)動機(jī)包括前封頭、燃燒室、進(jìn)氣口、透明窗壓螺、透明窗底座、擋藥板、噴管座、噴管、后封頭、測溫孔、測壓孔，所述燃燒室為圓筒形結(jié)構(gòu)，燃燒室兩端分別與前封頭、后封頭連接，擋藥板位于燃燒室內(nèi)后端與后封頭過盈配合，噴管與后封頭為間隙配合，且通過噴管座壓緊，測溫孔與測壓孔位于燃燒室側(cè)壁上，測溫孔、測壓孔軸線與燃燒室軸線垂直，燃燒室側(cè)壁上設(shè)有透明窗，所述透明窗底座為臺階形空腔圓柱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔軸向?yàn)榕_階形通孔，內(nèi)腔壁上有一段螺紋，透明窗底座側(cè)壁前部有多個對稱的圓孔與內(nèi)腔相通，所述透明窗壓螺為T形結(jié)構(gòu)，中間軸向有通孔，透明窗壓螺側(cè)壁上有螺紋，透明窗壓螺與透明窗底座之間放置石英玻璃，且通過螺紋壓緊，透明窗體側(cè)壁上有進(jìn)氣口 ；發(fā)動機(jī)固定在實(shí)驗(yàn)臺上；
[0008]所述供氣系統(tǒng)位于發(fā)動機(jī)的外部，氮?dú)馄颗c減壓閥、手閥、電磁閥、單向閥通過管路和進(jìn)氣口連接，充氣管路之間采用螺紋連接；
[0009]所述測試系統(tǒng)位于發(fā)動機(jī)的外部，壓強(qiáng)傳感器與測壓孔配合連接，熱電偶與測溫孔配合連接，壓強(qiáng)傳感器、熱電偶、電磁閥分別與計(jì)算機(jī)連接；非接觸式測溫裝置固定在透明窗一側(cè)，非接觸式測溫裝置采集頭與透明窗口相對，非接觸式測溫裝置與計(jì)算機(jī)連接。
[0010]透明窗壓螺和透明窗底座與石英玻璃之間加裝密封墊圈。
[0011]有益效果
[0012]本發(fā)明提出的固體發(fā)動機(jī)充氣式測溫系統(tǒng)，通過向透明窗底座前端充入高壓氣，使得透明窗石英玻璃與發(fā)動機(jī)燃燒室之間形成一層保護(hù)氣體，有效防止了燃燒產(chǎn)物覆蓋到透明石英玻璃上，提高了測溫裝置的光波采集效率。同時，高壓氣體阻礙了高溫氣流直接接觸到石英玻璃表面，有效地防止透明石英玻璃受到高溫氣體的損壞。
[0013]本發(fā)明固體發(fā)動機(jī)充氣式測溫系統(tǒng)，通過壓強(qiáng)傳感器與燃燒室上的測壓孔配合，熱電偶與燃燒室上的測溫孔配合，壓強(qiáng)傳感器、熱電偶的輸出信號分別連接至計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；非接觸式測溫裝置固定在透明窗一側(cè)，非接觸式測溫裝置采集頭與透明窗口相對，非接觸式測溫裝置與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。
[0014]本發(fā)明通過充入高壓氣體，同時減小透明窗底座的出口截面積，既可使出口處形成雍塞，產(chǎn)生穩(wěn)定的氣體保護(hù)透明窗石英玻璃，又保證橫截面積有足夠的透光量；同時采用接觸式和非接觸式測量發(fā)動機(jī)燃燒室的溫度，實(shí)現(xiàn)兩種不同方法對同一燃?xì)鉁囟鹊耐綔?zhǔn)確測量。
[0015]本發(fā)明能模擬發(fā)動機(jī)工作時燃燒室的實(shí)際壓強(qiáng)和溫度；通過加工成與實(shí)驗(yàn)發(fā)動機(jī)相同的形狀尺寸，能模擬發(fā)動機(jī)工作過程中的真實(shí)壓強(qiáng)和溫度，獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確可靠。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本發(fā)明一種固體發(fā)動機(jī)充氣式測溫系統(tǒng)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0017]圖1為本發(fā)明固體發(fā)動機(jī)充氣式測溫系統(tǒng)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明的發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明的發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0020]圖4為本發(fā)明的透明窗底座剖視圖。
[0021]圖5為本發(fā)明的透明窗底座俯視圖。
[0022]圖6為本發(fā)明的透明窗壓螺剖視圖。
[0023]圖7為本發(fā)明的透明窗壓螺俯視圖。
[0024]圖8為本發(fā)明利用非接觸式測溫裝置實(shí)測的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖。
[0025]圖中:
[0026]1.前封頭2.燃燒室3.進(jìn)氣口 4.透明窗壓螺5.透明窗底座6.擋藥板7.噴管8.噴管座9.后封頭10.測溫孔11.測壓孔12.推進(jìn)劑

【具體實(shí)施方式】
[0027]本實(shí)施例是一種固體發(fā)動機(jī)充氣式測溫系統(tǒng)；包括發(fā)動機(jī)、供氣系統(tǒng)、測試系統(tǒng)，供氣系統(tǒng)和測試系統(tǒng)安裝在發(fā)動機(jī)的外部，發(fā)動機(jī)通過螺栓固定在實(shí)驗(yàn)臺上。
[0028]參閱圖1?圖7，發(fā)動機(jī)由前封頭1、燃燒室2、進(jìn)氣口 3、透明窗壓螺4、透明窗底座5、擋藥板6、噴管座8、噴管7、后封頭9、測溫孔10、測壓孔11和推進(jìn)劑12組成；燃燒室2為圓筒形結(jié)構(gòu)，燃燒室2兩端分別與前封頭1、后封頭9通過螺紋連接，擋藥板6安裝在燃燒室2內(nèi)后端，推進(jìn)劑12放置在擋藥板6的前面；擋藥板6與后封頭9為過盈配合，噴管7與后封頭9為間隙配合，且通過噴管座8壓緊，測溫孔10與測壓孔11設(shè)置在燃燒室2側(cè)壁上，測溫孔10、測壓孔11軸線與燃燒室2軸線垂直，燃燒室2側(cè)壁上設(shè)有透明窗。透明窗底座5為臺階形空腔圓柱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔軸向?yàn)榕_階形通孔，內(nèi)腔壁上有一段螺紋；透明窗底座側(cè)壁前部有多個對稱的圓孔與內(nèi)腔相通，本實(shí)施例透明窗底座5側(cè)壁前部對稱的圓孔為2至8個。透明窗壓螺4為T形結(jié)構(gòu)，中間軸向有通孔，透明窗壓螺4側(cè)壁上有螺紋，透明窗壓螺4與透明窗底座5之間放置石英玻璃，且通過螺紋壓緊，透明窗壓螺4和透明窗底座5與石英玻璃之間加裝密封墊圈。透明窗體側(cè)壁上有進(jìn)氣口 3。
[0029]供氣系統(tǒng)的氮?dú)馄颗c減壓閥、手閥、電磁閥、單向閥通過管路和進(jìn)氣口 3連接，充氣管路與各閥門之間采用螺紋連接。
[0030]測試系統(tǒng)中，壓強(qiáng)傳感器與測壓孔11配合連接，熱電偶與測溫孔10配合連接，壓強(qiáng)傳感器、熱電偶的輸出信號分別連接至計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；非接觸式測溫裝置固定在透明窗一側(cè)，非接觸式測溫裝置采集頭與透明窗口相對，非接觸式測溫裝置與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。通過充入高壓氣體，同時減小透明窗底座5的出口截面積，既可使出口處形成雍塞，產(chǎn)生穩(wěn)定的氣體保護(hù)透明窗石英玻璃，又保證橫截面積有足夠的透光量。
[0031]圖8為本實(shí)施例中利用非接觸式測溫裝置實(shí)施測試的一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線。所測得的發(fā)動機(jī)的平均溫度達(dá)到3500K，而采用一般的接觸式測溫裝置是很難實(shí)現(xiàn)的。
[0032]在測試火箭發(fā)動機(jī)燃燒室溫度時，首先根據(jù)要求設(shè)計(jì)加工成與實(shí)際尺寸相同的充氣式測溫發(fā)動機(jī)；并按照實(shí)際工況進(jìn)行點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)，利用熱電偶和非接觸式測溫裝置對燃燒室高溫進(jìn)行測試；最后分析采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為發(fā)動機(jī)工作過程分析研究提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
[0033]具體步驟如下:
[0034](I)裝配連接發(fā)動機(jī)系統(tǒng)；將發(fā)動機(jī)的前封頭通過螺栓固定安裝在實(shí)驗(yàn)臺上，將燃燒室與前封頭擰緊；放入推進(jìn)劑到燃燒室中，將透明石英玻璃放置在透明窗底座與透明窗壓螺之間，且通過螺紋壓緊；熱電偶、壓強(qiáng)傳感器分別與發(fā)動機(jī)相連接，放置點(diǎn)火器到燃燒室中推進(jìn)劑端面，并將擋藥板與后封頭壓緊，后封頭與燃燒室擰緊，放入噴管，擰緊噴管底座；
[0035](2)連接供氣系統(tǒng)；將氮?dú)馄颗c減壓閥、手閥、電磁閥、單向閥通過管路和透明窗底座上的進(jìn)氣口連接，充氣管路之間采用螺紋連接；
[0036](3)連接測試系統(tǒng)；將壓強(qiáng)傳感器與測壓孔配合連接，熱電偶與測溫孔配合連接，壓強(qiáng)傳感器、熱電偶、電磁閥分別與計(jì)算機(jī)連接；非接觸式測溫裝置固定在透明窗一側(cè)，非接觸式測溫裝置采集頭與透明窗口相對，非接觸式測溫裝置與計(jì)算機(jī)連接；調(diào)節(jié)測試系統(tǒng)，使得測試系統(tǒng)達(dá)到最佳測試效果；
[0037](4)打開高壓氮?dú)馄?，控制電磁閥的開關(guān)時間，設(shè)置點(diǎn)火時序，先通入氮?dú)庠冱c(diǎn)火；試驗(yàn)前檢查發(fā)動機(jī)密封是否完好，并將發(fā)動機(jī)固定在試驗(yàn)臺上，防止試驗(yàn)時發(fā)生偏移；
[0038](5)進(jìn)行發(fā)動機(jī)點(diǎn)火；接通點(diǎn)火器進(jìn)行發(fā)動機(jī)點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)，并記錄下裝藥開始燃燒的時間A ;觀察裝藥燃燒過程，待藥柱燃燒完畢記錄此時的時間t2 ;利用測試系統(tǒng)記錄發(fā)動機(jī)工作過程中的壓強(qiáng)傳感器，熱電偶，非接觸式測溫裝置的數(shù)據(jù)，為發(fā)動機(jī)性能分析提供依據(jù)；
[0039](6)發(fā)動機(jī)停止工作，保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，關(guān)閉測試裝置，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；拆卸實(shí)驗(yàn)裝置，清洗發(fā)動機(jī)以備下次使用。
【權(quán)利要求】
1.一種固體發(fā)動機(jī)充氣式測溫系統(tǒng)，包括發(fā)動機(jī)、供氣系統(tǒng)、測試系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)動機(jī)包括前封頭、燃燒室、進(jìn)氣口、透明窗壓螺、透明窗底座、擋藥板、噴管座、噴管、后封頭、測溫孔、測壓孔，所述燃燒室為圓筒形結(jié)構(gòu)，燃燒室兩端分別與前封頭、后封頭連接，擋藥板位于燃燒室內(nèi)后端與后封頭過盈配合，噴管與后封頭為間隙配合，且通過噴管座壓緊，測溫孔與測壓孔位于燃燒室側(cè)壁上，測溫孔、測壓孔軸線與燃燒室軸線垂直，燃燒室側(cè)壁上設(shè)有透明窗，所述透明窗底座為臺階形空腔圓柱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔軸向?yàn)榕_階形通孔，內(nèi)腔壁上有一段螺紋，透明窗底座側(cè)壁前部有多個對稱的圓孔與內(nèi)腔相通；所述透明窗壓螺為T形結(jié)構(gòu)，中間軸向有通孔，透明窗壓螺側(cè)壁上有螺紋，透明窗壓螺與透明窗底座之間放置石英玻璃，且通過螺紋壓緊，透明窗體側(cè)壁上有進(jìn)氣口 ；發(fā)動機(jī)固定在實(shí)驗(yàn)臺上； 所述供氣系統(tǒng)位于發(fā)動機(jī)的外部，氮?dú)馄颗c減壓閥、手閥、電磁閥、單向閥通過管路和進(jìn)氣口連接，充氣管路之間采用螺紋連接； 所述測試系統(tǒng)位于發(fā)動機(jī)的外部，壓強(qiáng)傳感器與測壓孔配合連接，熱電偶與測溫孔配合連接，壓強(qiáng)傳感器、熱電偶、電磁閥分別與計(jì)算機(jī)連接；非接觸式測溫裝置固定在透明窗一側(cè)，非接觸式測溫裝置采集頭與透明窗口相對，非接觸式測溫裝置與計(jì)算機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述固體發(fā)動機(jī)充氣式測溫系統(tǒng)，其特征在于:透明窗壓螺和透明窗底座與石英玻璃之間加裝密封墊圈。
【文檔編號】G01J5/00GK104390716SQ201410657428
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】胡松啟, 武冠杰, 武冠峰, 陳雨 申請人:西北工業(yè)大學(xué)