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原文传递一种用于多根固体推进剂药条的可视化高压燃速仪及方法

专利名称：	一种用于多根固体推进剂药条的可视化高压燃速仪及方法
摘要：	本发明公开一种用于多根固体推进剂药条的可视化高压燃速仪及方法，属于推进剂测试领域。本发明包括高压燃烧室本体、药条托盘转动模块、燃烧室充排气模块、测控数据采集模块。本发明通过转盘转动实现推进剂药条的位置转换和控制测试电路的闭合，无需更换推进剂药条和拆卸装置，实现一次加压下推进剂多根药柱测量，此外，通过推进剂托盘及靶线架一体化设计实现药条与靶线在可视化高压燃速仪外部模块化安装，实现电路导通无需在燃速仪有限空间内线路安装，简化试验流程，提高试验效率和可操作性，方便一次加压下对多根药推进剂柱的测量。本发明还能够满足动态调压、可视化实时测量的要求。本发明具有效率高、可靠性高、成本低、可操作性强等优点。
专利类型：	发明专利
申请人：	北京理工大学
发明人：	李军伟;曾佳进;李猛;汪琪;周心远;李春杰
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
申请号：	CN202010110516.7
公开号：	CN111208255A
代理机构：	北京理工正阳知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	邬晓楠
分类号：	G01N31/12;G;G01;G01N;G01N31;G01N31/12
申请人地址：	100081 北京市海淀区中关村南大街5号
主权项：	1.一种用于多根固体推进剂药条的可视化高压燃速仪，其特征在于：包括高压燃烧室本体(1)、药条托盘转动模块(2)、燃烧室充排气模块(3)、测控数据采集模块(4)；所述高压燃烧室本体(1)包括燃烧器(1.1)、可视化视窗(1.2)、转动处动密封(1.3)、上端盖(1.4)、侧端盖(1.5)、密封圈(1.6)；所述高压燃烧室本体(1)上加工有用于药条托盘转动模块(2)的限位机构定位的限位孔；所述药条托盘转动模块(2)包括药条托盘单元(2.1)、转盘(2.2)、转动主轴(2.3)、限位机构(2.4)；所述单个药条托盘单元(2.1)用于装载单个推进剂药条，安装固定靶线、弹簧接触头(2.1.3)、隔离片(2.1.2)；所述转盘(2.2)用于装载固定药条托盘单元(2.1)，所述转盘(2.2)用于装载固定药条托盘单元(2.1)的固定装置数量与药条托盘单元(2.1)数量相同；所述转动主轴(2.3)端部设有转动把手；通过转动把手带动转动主轴(2.3)转动，转动主轴(2.3)带动转盘(2.2)转动，通过转盘(2.2)带动药条托盘单元(2.1)转动至所需试验位置，实现药条托盘单元(2.1)试验位置的转换，即实现推进剂药条的试验位置的转换，通过限位机构(2.4)插入高压燃烧室本体(1)的限位孔实现对药条托盘转动模块(2)的限位；所述接触单元(4.5)包括刚性接触柱(4.5.1)、接触头(4.5.2)、接触片(4.5.3)和与燃烧室固连的接触柱(4.5.4)，接触头(4.5.2)和接触片(4.5.3)组成接触器；所述接触单元(4.5)用于实现如下功能：所述接触单元(4.5)用于实现如下功能：当前测试位置时接触头(4.5.2)压紧接触片(4.5.3)电路连通，试验结束转动主轴接触头和接触片分离电路断开，继续转动转动主轴(2.2)，当待测药条进入推进剂药条变换位置的试验区后接触头与接触片再次接触，电路接通，实现推进剂药条位置转换过程中电路的闭合控制；接触柱(4.4.1)上端含有弹簧接触头与药条托盘转动模块(2)上的孔相配合实现接触柱与转盘间电路的连通，即通过接触单元(4.5)与药条托盘转动模块(2)配合实现推进剂药条位置转换时测试电路的导通、闭合。 2.如权利要求1所述的一种用于多根固体推进剂药条的可视化高压燃速仪，其特征在于：所述转盘(2.2)用于装载固定药条托盘单元(2.1)，装载固定方式为通过在转盘(2.2)和药条托盘本体(2.1.1)上分别加工有用于固定配合的凸台或凹槽，此外，通过弹簧接触头(2.1.3)插入转盘(2.2)内用于与弹簧接触头(2.1.3)配合的凹槽，进一步固定转盘(2.2)和药条托盘单元(2.1)。 3.如权利要求2所述的一种用于多根固体推进剂药条的可视化高压燃速仪，其特征在于：所述单个药条托盘单元(2.1)包括药条托盘本体(2.1.1)、隔离片(2.1.2)、弹簧接触头(2.1.3)、隔离片固定槽(2.1.4)、定位螺柱(2.1.5)、靶线架(2.1.6)、靶线定位螺栓(2.1.7)、点火线定位孔(2.1.8)、推进剂药条(2.1.9)、靶线架螺纹孔(2.1.10)、靶线(2.1.11)；所述隔离片(2.1.2)用于避免试验中推进剂药条燃烧时火焰乱窜引燃其他推进剂；推进剂药条(2.1.1)固定在药条托盘本体(2.1.1)上，定位螺柱(2.1.5)用于进一步固定推进剂药条(2.1.1)；靶线架(2.1.6)位于推进剂药条(2.1.1)外侧且固定在药条托盘本体(2.1.1)上，靶线架(2.1.6)通过靶线定位螺栓(2.1.7)固定靶线(2.1.11)，弹簧接触头(2.1.3)与靶线(2.1.11)实现电路连接；点火线定位孔(2.1.8)用于固定点火线；隔离片(2.1.2)插入隔离片固定槽(2.1.4)实现对相邻推进剂药条(2.1.1)的隔离。 4.如权利要求3所述的一种用于多根固体推进剂药条的可视化高压燃速仪，其特征在于：通过推进剂托盘及靶线架一体化装配实现药条与靶线在可视化高压燃速仪外部模块化装配，即实现电路导通无需在燃速仪有限空间内进行线路安装，简化试验流程，提高试验效率和可操作性，进一步方便一次加压下对多根药推进剂药条的燃速测量，具体实现方法如下：所述靶线架(2.1.6)底端加工有螺纹与位于药条托盘本体(2.1.1)的靶线架螺纹孔配合将靶线架固定在推进剂药条两侧，再通过靶线定位螺栓固定靶线，实现靶线架与药条托盘的整体化模块化装配；推进剂药条放于药条托盘本体(2.1.1)中部，用定位螺栓固定推进剂药条；便于在燃烧器外实现靶线和推进剂药条的安装，进而避免在燃烧器有限空间内安装靶线。 5.如权利要求4所述的一种用于多根固体推进剂药条的可视化高压燃速仪，其特征在于：所述转动处密封(1.3)包括轴承(1.3.1)、矩形密封圈(1.3.2)、V形自紧密封圈(1.3.3)、法兰盘(1.3.4)、螺栓(1.3.5)；由于矩形密封圈(1.3.2)截面有较大的接触面积，同时能够承受较高的压强，在相同压力下相对小面积形变较小；作为内侧密封在外侧轴承(1.3.1)保证转动主轴(2.3)能够正常的转动，使用垫圈起缓冲作用，保护轴承；V形的自紧垫圈(1.3.3)能够利用重力的作用压紧；有小梯台的法兰盘采用螺柱拴紧压住V形自紧密封圈(1.3.3)，保证转动处密封(1.3)的气密性。 6.如权利要求5所述的一种用于多根固体推进剂药条的可视化高压燃速仪，其特征在于：所述可视化视窗包括端盖(1.2.1)、玻璃(1.2.2)；所述燃烧室充排气模块(3)包括缓冲气罐(3.1)、高压氮气瓶(3.2)、电动阀门(3.3)充排气管道、排气阀门(3.4)、减压阀(3.5)、进气阀门(3.6)；所述电动阀门(3.3)用于动态调节燃烧室压强维持压强稳定，当压力高于预定值时电动阀门(3.3)开启排气减压。 7.如权利要求6所述的一种用于多根固体推进剂药条的可视化高压燃速仪，其特征在于：所述测控数据采集模块(4)包括数据采集和显示记录仪(4.1)、高频动态压力传感器(4.2)、点火电源(4.3)、穿墙接头(4.4)、接触单元(4.5)。 8.如权利要求7所述的一种用于多根固体推进剂药条的可视化高压燃速仪，其特征在于：所述数据采集和显示记录仪(4.1)用于采集靶线电压记录并显示数据，所述点火源(4.3) 用于点火引燃推进剂，所述穿墙接头(4.5)实现密封条件下燃烧室内外电路连通。 9.如权利要求8所述的一种用于多根固体推进剂药条的可视化高压燃速仪，其特征在于：在接触单元(4.5)中，所述接触柱(4.5.1)包括：柱体(4.5.1.1)、弹簧触头(4.5.1.2)、定位螺栓(4.5.1.3)；所述接触头(4.5.2)包括：阻断头(4.5.2.1)、接触头滑块(4.5.2.2)、滑道(4.5.2.3)、弹簧(4.5.2.4)、导线(4.5.2.5)；所述接触片(4.5.3)包括：弧形接触片。接触头(4.5.2)由一个圆筒型的壳体和放置于壳体内部的滑块(4.5.2.2)组成，所述滑块(4.5.2.2)前部为弧面下部为圆柱体；滑块(4.5.2.2)通过下部圆柱体能在圆筒体内滑动，滑块与筒体底部通过弹簧连接，弹簧(4.5.2.4)的弹性系数不易太大，弹簧的强度满足承压要求；滑块用导线与筒体连接，导线与接触柱底部的弹簧触头相连，留在筒体内部导线的长度留有足够的余量，所述足够的余量用于防止滑块(4.5.2.2)移动扯断导线(4.5.2.5)；筒体上部外圈设置用于防止滑块飞出的阻断圈；接触片(4.5.3)用螺钉固连在燃烧室本体上的接触柱体上，接触片(4.5.3)表面形成凹槽，平坦处与接触头(4.5.2)的前端留有的空隙，所述空隙用于保证接触头(4.5.2)与接触片(4.5.3)稳固连接；接触头(4.5.2)所在的接触柱(4.5.1)是与转盘(2.2)用螺纹连接固连；接触柱(4.5.1)的刚性需保证在受压时侧向形变小不足以产生使接触头和接触片错位的缝隙。 10.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的一种用于多根固体推进剂药条的可视化高压燃速仪，其特征在于：工作方法包括如下步骤，步骤一：通过推进剂托盘及靶线架一体化装配实现推进剂药条与靶线在可视化高压燃速仪外部模块化安装，即实现电路导通无需在燃速仪有限空间内进行线路安装，简化试验流程，提高试验效率和可操作性，进一步方便一次加压下对多根药推进剂柱的测量；推进剂托盘及靶线架一体化装配实现方法如下：所述药条托盘本体(2.1.1)中部含有放置药条的圆孔，将推进剂药条放入药条托盘本体，拧紧定位螺栓；所述靶线架底端加工有螺纹与位于药条托盘本体的靶线架螺纹孔配合将靶线架固定在推进剂药条两侧，再通过靶线定位螺栓固定靶线，通过靶线柱上定位孔固定电热丝，靶线与点火线共用一个低电平地线，靶线柱与接触器柱根据一根推进剂药条所需要测量的电信号个数更改靶线数目及具体结构单元数目，实现靶线架与药条托盘的整体化模块化装配；步骤二：放入药条托盘单元(2.1)；在药条托盘单元上插入隔离片(2.1.2)，在燃烧室本体(1)右侧开侧门采用密封圈及端盖密封，螺钉与燃烧室本体连接，用于安放药条托盘单元(2.1)；打开燃烧室侧端盖，将药条托盘单元安放在转盘托盘孔中，通过在转盘(2.2)和药条托盘本体(2.1.1)上的方形槽与凸台配合实现转盘(2.2)和药条托盘本体(2.1.1)固定装配，药条托盘单元上的弹簧接触头与转盘上的孔相连通，实现药条托盘单元(2.1)与转盘(2.2)间线路连通；转动主轴(2.3)穿过上端盖处做动密封处理实现装置在密封环境下的转动，同时主轴两侧均有轴承在实现主轴转动同时起到定位作用保证转动的稳定性；关闭侧端盖，通过转动把手转动转动主轴(2.3)，待把手上的限位孔与燃烧室本体(1)上定位孔重合时即保证待测药条进入试验区，接触器中接触头与接触片接触，线路接通，插入定位销；步骤三：通过燃烧室充排气模块(3)实现充气，排气，测压；打开高压氮瓶气阀送气，通过显示屏幕观察压力值，通过高压氮气瓶为燃烧室送气，为了防止进气时推进剂药条受到大的气流冲击需要进气口位于转盘下侧，将传感器及动态调节阀置于壳体右侧；采用动态压力传感器实时测得燃烧器内压强，控制阀门在高于稳态值时向缓冲瓶内排气，在低于稳态值时通过高压氮气瓶向燃烧器内送气维持压强的准平衡并达到预定值，保证测量结果的准确性；燃烧器另设排气出口，保障废气顺利排出；步骤四：进行第一根推进剂药条点火、数据采集及观察；打开点火电源(4.3)，当前位置被测推进剂药条燃烧，采用隔离片(2.1.2)将试验推进剂药条与相邻待测推进剂药条隔离，采用隔离片(2.1.2)隔开不同推进剂药条，避免火焰传播引燃待测推进剂；通过高压燃烧室本体(1)的可视化视窗(1.2)观察推进剂药条燃烧过程，并通过测控数据采集模块(4)进行数据采集，推进剂燃面推移至靶线处烧断靶线，产生电脉冲信号，多通道数据采集卡和显示记录仪(4.1)采集并记录靶线电压及电脉冲信号；显示记录仪实时显示燃烧室内压强变化；燃面推移的距离L与电脉冲信号时间差t的比值即是推进剂药条在该压强下的燃速；通过高频动态压力传感器(4.2)测得燃烧室内的实时压强；步骤五：转动药条托盘单元(2.1)至下一试验位置，充气、排气、测压，进行转换位置后的推进剂药条点火、数据采集及观察；上一位置的单根药条测试结束，缓慢转动手轮，防止因突然过载造成推进剂变形或靶线被扯断；通过转动把手带动转动主轴转动，转动主轴带动转盘(2.2)转动，主轴接触头和接触片分离电路断开，通过转盘(2.2)带动药条托盘单元(2.1)转动至所需试验位置，实现药条托盘单元(2.1)试验位置的转换，即实现推进剂药条的试验机械位置空间的转换，此外，通过接触柱(4.5.1)上端含有弹簧接触头与药条托盘转动模块(2)上的孔相配合实现接触柱与转盘间电路的连通，即通过接触单元(4.5)与药条托盘转动模块(2)配合实现推进剂药条位置转换时测试电路的导通、闭合，实现推进剂药条测试电路关系的转换，当待测药条进入推进剂药条变换位置的试验区后接触头(4.5.2)与接触片(4.5.3)再次接触，测试电路接通，实现推进剂药条位置转换过程中电路的闭合控制；通过限位机构插入高压燃烧室本体(1)的限位孔实现对药条托盘转动模块(2)的限位；按照步骤三进行充气、排气、测压，按照步骤四进行转换位置后的推进剂药条点火、数据采集及观察，直至当前位置推进剂药条测试结束；步骤六：根据试验需要重复步骤五进行转换位置后的推进剂药条点火、数据采集及观察，直至所有推进剂药条测试完毕，在步骤五中通过转盘(2.2)转动实现推进剂药条的机械空间位置转换和控制测试电路关系转换，无需更换推进剂药条和拆卸装置，实现一次加压下推进剂多根药柱测量，进而节约充气及装卸装置所需时间，简化试验流程，提高试验效率和可操作性；在试验结束后，打开端盖清理可视化高压燃速仪。
所属类别：	发明专利