发动机过载试验测试系统设计方法研究(5)
3.1.1 炮管的设计
本文设计炮管直径为63mm，由于所设定的最大加速度为50g，加速段测量时间为100ms，由式3.1粗步计算炮管测量段长度应该为2.5m,减速段长度应与测量段相差无几，可以设计炮管总长度为6m.
式3.1
式中： 、 分别表示加速度与测量时间
本试验所要求发动机质量最大为5kg,发动机试验时能达到的加速度为50g，由式3.2可求得 最大值为2500N。同时由式3.3及式3.4可求得所需最大压强值为0.8MPa.同样可由式3.2、式3.3、式3.4计算出具体实验时加速度为20g，发动机质量为5kg时，储气罐内的所需的压强值0.32MPa.那么实验时只要加速度不超过50g，发动机质量不大于5kg的情况均可顺利实现。
式3.2
式中： 表示力， 表示发动机质量， 表示发动机加速度
式3.3
式中： 表示力， 表示为压强， 表示为发动机面积 式3.4
式中： 为发动机半径
本测试台架炮管的制作可以考虑45钢这种钢材，炮管筒体结构可设计为圆管形，因为作为圆管形，制造容易，安装内件方便，而且承压能力较好，应用最广。炮管最大工作压力为0.8 MPa,45钢许用压力为355 MPa，炮管直径为63mm,由于壁筒的壁厚与半径相比是一个很小的数值，可根据简化壁厚公式式3.5计算出壁厚为2.3mm，为了安全起见，可取为6mm.
式3.5
式中： 为45钢的许用压力， 表示为压强， 为炮管直径
因此本文设计炮管直径为63mm，长度设计为6m，厚度为6mm，选材为较为常用的45钢。其中高压区外径应大于63mm，可取为100mm，壁厚为10mm，长度为300mm。
3.1.2 炮管支架的设计
本测试台架炮管下方应有起到支撑作用的炮管支架，由底座和支撑架组成，起支撑固定炮管的作用。支撑架上部应根据炮管大小设计成圆弧型，方便安装固定，下部与底座用螺栓连接，其安装位置应在加工时确定精度，不需调整。试验平台表面刷漆作防锈处理。为了防止钢管由于重力产生弯曲状态，支撑架的数量可略多，本文设计为4个，即每隔1.5米即设一个支撑架。
3.1.3 发动机的设计
本试验模拟发动机壳体直径为63mm，长度设计为500mm，其中发动机内示意图如图3.2所示：
图3.2 发动机内部示意图
1-IEPE加速度传感器，2-压阻式压力传感器，3-航空插头
首先发动机两端均有端盖，螺纹连接，可旋开或拧紧。发动机的后端盖上安装有插座，且后端盖上应有孔来使推进剂上应变片的传输导线传出，另外有进气孔来进气。加速度传感器及压力传感器均以螺纹连接方式安装于挡板上。出于安全考虑，本文发动机设计了泄压装置，即前端盖上开一通孔，外面压上0.2mm厚的铝箔，铝箔用铁板固定住。如果发生意外药柱燃烧，铝箔就会击穿向后产生喷气，前端盖喷气面积与后端盖孔的喷气面积相近，推力抵消，使发动机不会产生快速推动。传感器的安装形式如图3.3所示：