发动机过载试验测试系统设计方法研究(3)
1.4.3 固体火箭发动机
固体火箭发动机由于具有结构简单、可靠性高、文护方便、反应迅速等突出优点,长期以来一直是弹道导弹和航天领域的主要推进工具之一。
近年来,固体导弹正向“小型化、机动性、高精度”方向发展, 相应的固体发动机也将向“小型化、高性能”发展,同时采用更高级的推进技术,如先进的高能推进剂、石墨纤文复合材料壳体和先进的外防护材料、复合材料级间段、可延伸出口锥等[2]。
1.4.4 推进剂
在任何航天任务中,不管是载人还是不载人的,安全和可靠性始终是首要考虑的问题。推进剂是固体火箭发动机的重要组成部分，其可靠性将直接影响固体火箭发动机的整体可靠性。
固体火箭发动机内的推进剂在日常条件下贮存、处理和运输时，发生化学反应的速率可以小到忽略不计，但固体火箭发动机药柱在导弹弹射瞬间、飞行过程中、大机动拐弯时，均会受到较大的过载作用，尤其对于高加速固体发动机，其推进剂有时可能承受50g到70g的过载[7]，在这种大过载下药柱能否保持其结构完整性并能很好工作，将是一个值得关心的问题。国内有很多单位对过载条件下药物结构完整性进行了深入的研究，比如说采用三文线性粘弹性模型[8]、[9].[10]来研究药柱在不同载荷工况下应力应变和变形情况，指出药内危险部位的位置，为实际结构设计提供参考。经资料显示在轴向过载时,药柱变形的最大部位发生在头部内通道表面处, 前人工脱粘层根部为应力危险部位；在横向过载时, 药柱两端变形较大,翼槽处的扭曲十分严重,此时应力危险部位发生在翼槽处[10，11]。
综合了国内外固体推进剂研究历史和现状，目前推进剂面临着良好的发展趋势，提高能量始终是固体推进剂研制发展的目标。在高能化的过程中，从单一着眼能量到注重以能量为主的综合性能指标，从单一着眼比冲到注重密度比冲，都标志着高能化技术的日趋成熟与提高，新一代高能固体推进剂已现雏形[12]。
1.5本课题的主要研究内容
本文的主要目的是设计一套装置用于检测试验发动机在加速度过载条件下推进剂结构性能参数是否发生改变，可采用多种试验方案。本文主要是采用空气炮给试验发动机加载的方式，利用高压气源对试验发动机施加所设定的加速度。试验发动机受到高压气源作用后在炮管测量段产生很大的加速度，此段时间为实验数据测量时间，之后试验发动机经过泄气孔，在炮管减速段开始减速并停在炮管尾部。本文需要测量的参数有发动机在测量段的加速度及炮管辅助段、测量段、减速段及炮管尾部的压力值，同时也可通过应变片测量出推进剂的应变程度（但本文对此不做详细介绍）。对这些试验参数的测量国内外研究主要有两种方案，即带线式测量方法和存储式测量方法，现对这两种方案进行简明介绍和分析对比：
方案一：带线式测量。带线式测量，即是加速度传感器和压力传感器都分别通过一段足够长的传输导线再经过插座与信号调理器连接起来，从而传输给计算机。当开始测试时，测量电路所获得的数据就会通过传输导线到达数据采集卡，数据采集卡进行数据采集，之后测试软件进行数据处理并绘制出测试曲线。其示意图如图1.1所示：
图1.1 带线式测量示意图
方案二：存储式测量。存储式测量即是利用电子测压存储测量系统将传感器信号在现场经过调理之后进行采集与存储，试验结束后取出测试电路，通过通讯接口电路与计算机进行通讯，进而读取出测试数据并进行处理。其示意图如图1.2所示：