发动机过载试验测试系统设计方法研究(2)
1.2 选题的目的和意义
固体火箭发动机是一种采用固体推进剂的化学火箭动力装置，与液体火箭发动机相比，它的优点是体积小、反应快、能量密度高、可靠性高、制造成本低等[2]。在当今世界各国，近170种现役战术导弹之中，采用了固体火箭发动机的有138种，占80％以上[3]。由此可以预见，在今后相当长的时间内，固体发动机仍将在导弹动力装置中占据优势地位。此外，固体火箭发动机几乎在所有的航天技术领域都有着广泛的应用，如用作航天飞行器的变轨发动机、制动发动机以及救生发动机等，也可以用作反卫星武器的动力装置。另外，固体火箭发动机也可以在外层空间长期存储，随时待命发射，因此，它在未来的太空防御体系中有着进一步的发展和应用空间[2]。
固体推进剂药柱是固体火箭发动机的重要组成部分，其可靠性是固体火箭发动机设计、制造和使用部门十分关心的问题。固体火箭发动机的使用寿命主要取
决于其推进剂的寿命，而事实上长期存在的金属壳体只要不锈蚀，其机械性能不会显著变化，复合材料壳体只要不暴露在室外环境下，强度损失就极小；那么显然问题出现在推进剂药柱这方面，即力学性能或弹道性能恶化到难以承受的程度时，发动机就会出现故障。
固体火箭发动机过载试验可以说是评价火箭发动机性能指标的重要参考。如果火箭发动机在某一刻产生的加速度过大，超出发动机所能承受的范围，那么便会导致过载现象。加速度过载条件下，判断发动机内部推进剂的结构性能变化需要通过过载试验完成。在过载试验中，通过测得的加速度及其内部弹药体碎裂情况，即可以判断推进剂是否能承受所设定的载荷，同时可以测量内部应力的大小。本文就是设计一种简单的空气炮装置用于检测在所设定的加速度条件下推进剂药柱的结构性能变化，且此装置具有压力可调、过压保护及防撞击功能。
1.3 国内外本课题的发展状况
迄今，国内相关研究所和高校已经进行了相关的研究，但所研制的的测试系统仍需改进，南京理工大学航空宇航系也正在对此进行相关研究，且已取得一定的研究成果。国外也有相关研究人员进行了相关的研究，但是各方面技术仍然不是很成熟。
1.4 本课题研究背景和发展趋势
1.4.1 空气炮
空气炮作为一种加载工具，具有重复性好，安全性高、操作文护较方便的优点，被国内外许多研究机构所采用。空气炮是目前被广泛应用于室内冲击过载试验的设备，主要依据火炮功能原理设计，以空气或其他轻质气体为气体源，高速发射弹体完成实验[4]。与其它发射装置如利用电磁原理或爆轰技术加速物体装置相比，空气炮适用度更加广泛，它可发射不同形状尺寸的弹体，设备原理简单，安全易用，制造成本低，反复试验稳定性好。空气炮可分为一级空气炮、二级空气炮和组合式空气炮。一级空气炮是用高压气体直接推动弹丸沿发射管加速运动的设备；二级空气炮则是由压缩级和发射级组成，以火炮作为压缩级同时再加上气体炮来构成的发射设备，可克服在炮管内加速运行时弹丸后部气体容积增大推动力持续下降的问题，使弹丸速度有了很大的提高；而组合式空气炮则是将各种一级、二级空气炮进行不同方式搭配组装，可适用不同研究领域的要求[4-6]。本试验考虑实验需求决定采用以空气作为工作气体的一级空气炮。
1.4.2 传感器
本文测试系统中需用传感器来测量加速度及压力。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器是信息时代的关键技术之一，它是获取准确可靠信息的重要手段。传感器目前发展趋势为：微型化、智能化、多功能化。传感器在由传统的结构化生产设计向基于计算机辅助设计（CAD）的模拟式工程化设计转变，从而使设计者们能够在较短的时间内设计出低成本、高性能的新型系统。此外智能化传感器在探测器应用领域，如分布式实时探测、网络探测和多信号探测方面也颇受欢迎，产生的影响也很大。多功能传感器是将某些类型的传感器进行适当组合而使之成为新的传感器，如用来测量流体压力和互异压力的组合传感器，这无疑是当前传感器技术发展中一个全新的研究方向，日前有许多专家学者正在积极从事于该领域的研究工作。