双脉冲固体发动机隔层打开不同时刻状态测试装置及方法与流程

1.本发明属于双脉冲固体发动机设计领域，涉及一种轴向+径向隔离式双脉冲固体发动机隔层打开不同时刻状态测试装置及方法。


背景技术：

2.固体火箭发动机具有结构简单、工作可靠、使用方便、安全性好、成本低等优点，但是，固体火箭发动机也存在推力可控性差、缺乏多次起动能力等不足，在一定程度上影响了导弹武器系统的性能及其发展。
3.随着新技术、新材料、新工艺的不断涌现和发展，导弹武器系统对固体火箭发动机提出了更高的要求，除了常规的高能量、高质量比、强环境适应性要求外，还要求发动机具备更为灵活的能量管理能力。经过多年的努力，在轻质柔性软隔层、轻质硬隔舱、多次快速响应点火等核心技术方面取得了重大突破，采用固体火箭多脉冲发动机就成为了一种十分理想的能量管理途径。
4.多脉冲固体火箭发动机通过隔离装置将药柱分隔成几部分，进行多次关机和启动，导弹根据战标需要实时管理发动机能量输出，通过弹上程序控制，合理地调节推力分配以及各脉冲间隔时间，使导弹获得灵活的射程调整、飞行速度特性、多任务能力，实现导弹飞行弹道的最优控制和发动机能量的最优管理，全面提高各类导弹武器系统的综合性能。
5.双脉冲固体火箭发动机的典型结构为：一脉冲燃烧室或药柱+一脉冲点火装置+隔离装置、二脉冲燃烧室或药柱+二脉冲点火装置+共用喷管，其中隔离装置可以分为轴向隔离式、径向隔离式、轴向+径向隔离式。
6.轴向+径向隔层式双脉冲固体火箭发动机的工作原理为：发动机接收到导弹点火指令后，点火启动一脉冲，一脉冲工作若干秒后，直到燃料耗尽关机，把导弹加速到预定速度，发动机关机转入贯性飞行，在一脉冲燃烧室工作期间，轴向+径向隔层必须要保持结构完整；间隔若干秒后，通过弹上程序控制随机控制启动二脉冲，二脉冲点火生成的燃气将轴向+径向隔层反向打开，发动机二脉冲点火正常工作若干秒后，燃料耗尽再次关机。
7.通过轴向+径向隔层式双脉冲固体火箭发动机工作原理，可以发现发动机中在接到二脉冲点火信号后，隔层能否按照设计既定的方式正常打开直接关系到双脉冲发动机能否正常工作，特别是二脉冲燃烧室初始工作的前几秒内。若轴向+径向隔层未按设计既定方式打开，可能导致打开的轴向+径向隔层碎片太多，引起喷管堵塞，导致发动机内压强过高，进而导致发动机爆破。因此，通过试验测试双脉冲固体发动机隔层打开不同时刻(特别是点火初期)的状态，对认识发动机点火瞬态过程中隔层的工作方式有着极其重要的意义。
8.目前，国内外文件中均采取冷气冲击模拟试验或数值仿真模拟进行隔层打开研究，但这些研究只针对发动机的点火压强，未考虑二脉冲燃烧室点燃后的情况，无法完全表征二脉冲燃烧室前几秒的真实情况。


技术实现要素：

9.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种双脉冲固体发动机隔层打开不同时刻状态测试装置及方法。
10.本发明解决技术的方案是：
11.双脉冲固体发动机隔层打开不同时刻状态测试装置，包括试验容器、二脉冲假药、二脉冲真药、绝热层、海绵层、一脉冲点火顶盖、二脉冲点火装置、隔层、过渡段、喷管；
12.试验容器内壁依次粘接有绝热层和海绵层，海绵层上放置二脉冲假药，二脉冲真药放置于二脉冲假药的柱状空心结构内，二脉冲假药和二脉冲真药的右侧端面以及二脉冲真药的内孔表面粘接隔层；过渡段一端通过螺栓固定在试验容器上，过渡段和试验容器将隔层压紧，过渡段另一端与喷管固定连接；
13.二脉冲点火装置通过螺栓安装于试验容器左端，二脉冲点火装置上设置有两个通孔，其中一个通孔与二脉冲真药连通，用于点燃二脉冲真药，另一个通孔用于测量二脉冲真药腔的压力；一脉冲点火顶盖安装在二脉冲点火装置上，一脉冲点火顶盖上设置有测压孔，所述测压孔与隔层粘接在二脉冲真药的柱状空心结构内形成的空腔连通。
14.优选的，试验容器材料为30crmnsia钢。
15.优选的，所述测试装置1:1模拟发动机中的复合材料壳体、二脉冲装药、药柱以及隔层。
16.双脉冲固体发动机隔层打开不同时刻状态测试方法，包括如下步骤：
17.(1)根据查看隔层打开的时刻s、二脉冲真药推进剂的燃速r，确定二脉冲真药的肉厚l值；根据燃烧室内径和二脉冲真药的肉厚l值，确定二脉冲假药的肉厚；试验容器按设计情况分别粘接完绝热层和海绵层后，按计算的肉厚值，先在燃烧室内安装二脉冲假药，待二脉冲假药固化后再装二脉冲真药，二脉冲真药固化后进行试验容器总装；
18.(2)在二脉冲假药和二脉冲真药的右侧端面以及二脉冲真药的内孔表面粘接隔层；利用过渡段连接试验容器和喷管；在试验容器左端固定二脉冲点火装置，一脉冲点火顶盖安装在二脉冲点火装置上；
19.(3)隔层打开试验时，二脉冲点火装置工作，喷射出高温高压燃气射流，点燃二脉冲真药，直到二脉冲真药完全燃烧完；通过一脉冲点火顶盖测压孔测量二脉冲真药点燃后，隔层打开前后的腔体压力，通过二脉冲点火装置上的通孔测量二脉冲真药腔的压力，根据一脉冲测压孔处测得的腔内压力变化情况，获得隔层的实际打开时刻，判断隔层的实际打开时刻是否满足要求；
20.(4)试验完毕后，将喷管从试验装置上拆卸下来，根据隔层试验后的状态判断隔层是否按照既定的方式正常打开，并查看隔层有无较大的碎片；
21.(5)若隔层的打开时刻不满足要求或隔层未按照既定的方式正常打开或隔层有较大的碎片，则隔层设计不满足要求；返至若隔层的打开时刻满足要求且隔层按照既定的方式正常打开且隔层没有较大的碎片，则隔层设计满足要求；
22.(6)更换隔层打开的时刻s，重复步骤(1)—(5)，直到遍历所有想要测试的隔层打开时刻。
23.优选的，所述步骤(1)中，二脉冲真药的肉厚l＝s
×
r。
24.优选的，所述步骤(1)中，二脉冲假药的肉厚＝燃烧室内径-二脉冲真药的肉厚l。
25.优选的，若隔层设计的打开时刻-0.2s《隔层的实际打开时刻《隔层设计的打开时刻+0.2s，则认为隔层的实际打开时刻满足要求。
26.优选的，所述步骤(4)和(5)中，较大的碎片是指碎片尺寸不小于喷管喉部内径的碎片。
27.本发明与现有技术相比的有益效果是：
28.(1)本发明试验装置全部采用30crmnsia钢加工，无需再进行复合材料壳体的缠绕及加工研制，同时可以直接借用全尺寸发动机的一脉冲点火装置的金属件、二脉冲点火装置，大大缩减了研制周期及成本。
29.(2)本发明采用试验容器+海绵层+假药的方案代替了全尺寸发动机中的复合材料壳体及二脉冲装药，1:1模拟了全尺寸药柱、隔层在复合材料壳体中的变形，达到了确定隔层打开不同时刻情况的目的。
30.(3)本发明根据查看时刻的不同，二脉冲工作从小时刻到大时刻，通过机加等手段减小二脉冲假药的肉厚、再重新装填增大肉厚后的二脉冲真药，可以反复使用二脉冲的假药推进剂、试验容器、喷管等，大大缩减了研制周期及成本。
31.(4)本发明能完全真实复现双脉冲发动机二脉冲燃烧室前期的工作状态，进而确定隔层打开不同时刻的状态，有助于提升对隔层打开过程的认识，还有助于隔层的优化，进而提高发动机的性能。
附图说明
32.图1为本发明测试装置示意图。
具体实施方式
33.下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
34.本发明针对轴向+径向隔层式双脉冲固体火箭发动机隔层打开不同时刻的状态问题，提出一种新型的测试装置及方法。能完全真实复现双脉冲发动机二脉冲燃烧室前期的工作状态，进而确定隔层打开不同时刻的状态，有助于提升对隔层打开过程的认识，还有助于隔层的优化，进而提高发动机的性能。
35.如图1所示，本发明装置包括试验容器3、二脉冲假药6、二脉冲真药7、绝热层4、海绵层5、一脉冲点火顶盖1、二脉冲点火装置2、隔层8、过渡段9、喷管10、密封圈、螺栓及垫片等。试验容器3内壁依次粘接有绝热层4及海绵层5，用于模拟复合材料壳体在内压作用下的变形。海绵层5上为二脉冲假药6，用于模拟全尺寸发动机二脉冲药柱对隔层的支撑作用，并控制二脉冲真药7的肉厚。二脉冲假药6的空腔内为二脉冲真药7，为查看隔层打开不同时刻的情况提供能量。二脉冲假药6和二脉冲真药7的右侧端面以及二脉冲真药7的内孔表面内粘接隔层8；过渡段9一端通过螺栓固定在试验容器3上，并将隔层压紧，过渡段9另一端与喷管10固定连接。二脉冲点火装置2固定在试验容器3左端，二脉冲点火装置2上设置有2个通孔，其中1个所述通孔与二脉冲真药7连通，用于点燃二脉冲真药7，另1个所述通孔用于测量二脉冲真药腔的压力；一脉冲点火顶盖1安装在二脉冲点火装置2上，一脉冲点火顶盖1上设置有测压孔，所述测压孔与隔层8粘接在二脉冲真药7的柱状空心结构内形成的空腔连通。
36.试验容器3材料为30crmnsia钢。测试装置1:1模拟发动机中的复合材料壳体、二脉
冲装药、药柱以及隔层。
37.双脉冲固体发动机隔层打开不同时刻状态测试方法，包括如下步骤：
38.(1)根据查看隔层打开的时刻s、二脉冲真药推进剂的燃速r，确定二脉冲真药的肉厚l值；根据燃烧室内径和二脉冲真药的肉厚l值，确定二脉冲假药的肉厚；试验容器按设计情况分别粘接完绝热层和海绵层后，按计算的肉厚值，先在燃烧室内安装二脉冲假药，待二脉冲假药固化后再装二脉冲真药，二脉冲真药固化后进行试验容器总装。
39.二脉冲真药的肉厚l＝s
×
r。二脉冲假药的肉厚＝燃烧室内径-二脉冲真药的肉厚l。
40.(2)在二脉冲假药和二脉冲真药的右侧端面以及二脉冲真药的内孔表面内粘接隔层；利用过渡段连接试验容器和喷管；在试验容器左端固定二脉冲点火装置，一脉冲点火顶盖安装在二脉冲点火装置上。
41.(3)隔层打开试验时，二脉冲点火装置工作，喷射出高温高压燃气射流，点燃二脉冲真药，直到二脉冲真药完全燃烧完；通过一脉冲点火顶盖测压孔测量二脉冲真药点燃后，隔层打开前后的腔体压力，通过二脉冲点火装置上的通孔测量二脉冲真药腔的压力，根据一脉冲测压孔处测得的腔内压力变化情况，获得隔层的实际打开时刻，判断隔层的实际打开时刻是否满足要求。
42.隔层设计的打开时刻-0.2s《若隔层的实际打开时刻《隔层设计的打开时刻+0.2s，则认为隔层的实际打开时刻满足要求。
43.(4)试验完毕后，将喷管从试验装置上拆卸下来，根据隔层试验后的状态判断隔层是否按照既定的方式正常打开，并查看隔层有无较大的碎片。
44.较大的碎片是指碎片尺寸不小于喷管喉部内径的碎片。
45.(5)若隔层的打开时刻不满足要求或隔层未按照既定的方式正常打开或隔层有较大的碎片，则隔层设计不满足要求；返至若隔层的打开时刻满足要求且隔层按照既定的方式正常打开且隔层没有较大的碎片，则隔层设计满足要求。
46.(6)更换隔层打开的时刻s，重复步骤(1)—(5)，直到遍历所有想要测试的隔层打开时刻。
47.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.双脉冲固体发动机隔层打开不同时刻状态测试装置，其特征在于：包括试验容器(3)、二脉冲假药(6)、二脉冲真药(7)、绝热层(4)、海绵层(5)、一脉冲点火顶盖(1)、二脉冲点火装置(2)、隔层(8)、过渡段(9)、喷管(10)；试验容器(3)内壁依次粘接有绝热层(4)和海绵层(5)，海绵层(5)上放置二脉冲假药(6)，二脉冲真药(7)放置于二脉冲假药(6)的柱状空心结构内，二脉冲假药(6)和二脉冲真药(7)的右侧端面以及二脉冲真药(7)的内孔表面粘接隔层(8)；过渡段(9)一端通过螺栓固定在试验容器(3)上，过渡段(9)和试验容器(3)将隔层压紧，过渡段(9)另一端与喷管(10)固定连接；二脉冲点火装置(2)通过螺栓安装于试验容器(3)左端，二脉冲点火装置(2)上设置有两个通孔，其中一个通孔与二脉冲真药(7)连通，用于点燃二脉冲真药(7)，另一个通孔用于测量二脉冲真药腔的压力；一脉冲点火顶盖(1)安装在二脉冲点火装置(2)上，一脉冲点火顶盖(1)上设置有测压孔，所述测压孔与隔层(8)粘接在二脉冲真药(7)的柱状空心结构内形成的空腔连通。2.根据权利要求1所述的双脉冲固体发动机隔层打开不同时刻状态测试装置，其特征在于：试验容器3材料为30crmnsia钢。3.根据权利要求1所述的双脉冲固体发动机隔层打开不同时刻状态测试装置，其特征在于：所述测试装置1:1模拟发动机中的复合材料壳体、二脉冲装药、药柱以及隔层。4.双脉冲固体发动机隔层打开不同时刻状态测试方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据查看隔层打开的时刻s、二脉冲真药推进剂的燃速r，确定二脉冲真药的肉厚l值；根据燃烧室内径和二脉冲真药的肉厚l值，确定二脉冲假药的肉厚；试验容器按设计情况分别粘接完绝热层和海绵层后，按计算的肉厚值，先在燃烧室内安装二脉冲假药，待二脉冲假药固化后再装二脉冲真药，二脉冲真药固化后进行试验容器总装；(2)在二脉冲假药和二脉冲真药的右侧端面以及二脉冲真药的内孔表面粘接隔层；利用过渡段连接试验容器和喷管；在试验容器左端固定二脉冲点火装置，一脉冲点火顶盖安装在二脉冲点火装置上；(3)隔层打开试验时，二脉冲点火装置工作，喷射出高温高压燃气射流，点燃二脉冲真药，直到二脉冲真药完全燃烧完；通过一脉冲点火顶盖测压孔测量二脉冲真药点燃后，隔层打开前后的腔体压力，通过二脉冲点火装置上的通孔测量二脉冲真药腔的压力，根据一脉冲测压孔处测得的腔内压力变化情况，获得隔层的实际打开时刻，判断隔层的实际打开时刻是否满足要求；(4)试验完毕后，将喷管从试验装置上拆卸下来，根据隔层试验后的状态判断隔层是否按照既定的方式正常打开，并查看隔层有无较大的碎片；(5)若隔层的打开时刻不满足要求或隔层未按照既定的方式正常打开或隔层有较大的碎片，则隔层设计不满足要求；返至若隔层的打开时刻满足要求且隔层按照既定的方式正常打开且隔层没有较大的碎片，则隔层设计满足要求；(6)更换隔层打开的时刻s，重复步骤(1)—(5)，直到遍历所有想要测试的隔层打开时刻。5.根据权利要求4所述的双脉冲固体发动机隔层打开不同时刻状态测试方法，其特征在于，所述步骤(1)中，二脉冲真药的肉厚l＝s
×
r。
6.根据权利要求4所述的双脉冲固体发动机隔层打开不同时刻状态测试方法，其特征在于，所述步骤(1)中，二脉冲假药的肉厚＝燃烧室内径-二脉冲真药的肉厚l。7.根据权利要求4所述的双脉冲固体发动机隔层打开不同时刻状态测试方法，其特征在于，若隔层设计的打开时刻-0.2s<隔层的实际打开时刻<隔层设计的打开时刻+0.2s，则认为隔层的实际打开时刻满足要求。8.根据权利要求4所述的双脉冲固体发动机隔层打开不同时刻状态测试方法，其特征在于，所述步骤(4)和(5)中，较大的碎片是指碎片尺寸不小于喷管喉部内径的碎片。

技术总结
一种双脉冲固体发动机隔层打开不同时刻状态测试装置及方法。该装置包括试验容器、二脉冲假药、二脉冲真药、绝热层、海绵层、一脉冲点火顶盖、二脉冲点火装置、隔层、过渡段、喷管；试验容器内壁依次粘接有绝热层和海绵层，海绵层上放置二脉冲假药，二脉冲真药放置于二脉冲假药内，二脉冲假药和二脉冲真药的右侧端面以及二脉冲真药的内孔表面粘接隔层；过渡段一端固定在试验容器上，另一端与喷管固定连接；二脉冲点火装置安装于试验容器左端，一脉冲点火顶盖安装在二脉冲点火装置上。本发明能完全真实复现双脉冲发动机二脉冲燃烧室前期的工作状态，进而确定隔层打开不同时刻的状态，有助于提升对隔层打开过程的认识，进而提高发动机的性能。的性能。的性能。


技术研发人员：秦鹏举 张岗 李毅 宗廷军 付鹏 鞠宏艳 石钦 张东旭
受保护的技术使用者：西安航天动力技术研究所
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/7/12