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固体火箭发动机测试与试验技术


发动机处于较长服役期内,其性能的稳定性要求非常严格。影 响性能稳定性的因素很多。首先,固体推进剂的基体是高分子聚 合物,其物理和化学性能随着贮存时间的增长产生老化,这就会 给发动机的性能和工作带来影响或危险性;其次,近来发动机壳 体、喷管广泛采用各种聚合物材料,如玻璃钢、有机纤维复合材
使用过程中受到的影响因素很多,综合起来可分为机械影响、 气候影响及生态影响。航天用发动机还可能受到真空影响、宇宙 射线影响等。但是最常见的影响是机械影响与气候影响。机械影 响来源于各种形式的运输、装卸起吊及飞行中的加速度、离心力, 贮存时装药的自重等等。气候影响如何使用地域上的温差、昼夜 温度交变、高湿度、烟雾、风暴尘埃等。为了保证导弹系统在各 种影响因素作用下都可靠地工作,进行一系列使用性试验来评定、 考验发动机的使用安全性与可靠性是十分必要的。 (举例:运到巴 基斯坦的发动机)
在模样阶段,试验的主要作用在于考核发动机设计方案的可行性、结构 合理性、所采用的各项新技术的相互匹配性、协调性。通过试验暴露问题, 为改进设计指出方向和寻找途径。
在初样阶段,发动机的总体方案已经确定,各部件的结构、材料及推进 剂配方已经基本确定,一般不再做重大调整。这个阶段,发动机要进行大 量的使用性试验即模拟使用环境条件的试验,如:振动、加速度、冲击、运 输、温度循环、贮存等试验。经这些环境试验的发动机一般都要再做地面点 火试验,考核发动机经过环境试验后工作的可靠性。同时还要对发动机的性 能参数作出评价:是否满足全弹的战术技术要求。还要对工艺可行性、稳定 性作出评价。
1) 热环境条件 在温度305K条件下保温10h,再在5h内升温
至325K,保温4h,然后在5h内降低温度至305K;
2) 冷环境条件 在223K温度下保持24h再降至219K;
3) 温度循环 建议发动机在整装状态下作一星期的温度循环试
验。
(5) 贮存试验
便于长期贮存是固体火箭发动机的优点之一,但其贮存期要通 过贮存试验来确定。
和可靠性。冲击试验在冲击试验台上进行。最简单的冲击试验台是自
由落体式试验台,它将发电机提升到一定高度并吊住后释放,发动机
自由落体下冲击到有一定垫层要求的台体基础上,然后检验发发动机
落下冲击后的结构变化与性能变化情况。
(3) 运输试验
运输设备的振动无明显重复性,产生的力是非周期性的,由于道
路不平,引起的冲击扰动是随机性的振荡,按美国专家给出的数据,
固体火箭发动机使用性试验,包括下列几种:
(1)振动试验
固体火箭发动机振动试验是在振动试验台上进行的。振动试验台
由振动激振器、发动机固定装置及控制系统组成。振动试验方法可分
为两类。即谐波激振法和随机激振法。对于军用产品,用随机振动模
拟使用条件较为合理。
(2) 冲击试验
冲击试验的目的是检验发动机在预定的冲击载荷作用下工作性能
试验在发动机研制的预研、模样、初样、试样和批生产诸阶段都 起着重要作用。
在预研阶段,侧重于发动机新的设计理论、新的结构形式、新材 料、推进剂新的配方等单项技术研究与攻关。这期间不仅要做单项 或部件试验,同时也要把诸项新技术综合设计在一个“综合试验发 动机”上做地面点火试验,进行综合考核,来验证发动机新的设计 理论的正确性、新的结构形式的可行性、新材料与新配方的先进性 和工艺适应性。一般说来,只有通过预研阶段充分试验考验过的新 技术才允许在新的型号研制中采用。举例:某水冲压发动机的研制。
在公路上运输的振动频率为2~3Hz,10~20Hz及80~100Hz,加速
度幅值约为 0.5 ~ 30m/ s2;在铁路运输时,频率为3~5Hz,加速度幅
值为 5m/ s2。发动机公路运输条件要规定公路路面等级、运输的距离
及速度。铁路运输试验要规定试验路程、速度等。
(4) 环境条件试验
环境条件指温度、湿度、气压等条件。环境试验的一种主要形 式是试验各种温度状态对发动机性能的影响,参考文献[1]推荐可 用以下温度试验评定短期贮存时发发动机的设计特性:
College of Aerospace and Civil Engineering
固体火箭发动机测试与试验技术
主讲:刘平安
College of Aerospace and Civil Engineering
第一章 概 论
固体火箭发动机试验与测量技术是固体推进技术的重要组成部分。 固体火箭发动机在研制过程中和在交付使用前,必须经历一系列试 验,主要有: (1) 部件试验:如燃烧室壳体静力试验、喷管摆动试验、点火装置发 火试验等(举例:保险机构打不开); (2) 发动机地面点火试验; (3) 使用性试验,即模拟发动机使用时所处环境条件的试验; (4) 遥测飞行试验:发动机作为全弹(箭)动力装置参与飞行试验。
综上所述,固体火箭发动机试验研究是固体火箭发动研制工作的重要组 成部分,离开了试验,固体火箭发动机技术就无从发展。
பைடு நூலகம்
1.2使用性试验的作用与内容
使用性试验就是发动机在使用过程中受到各种因素影响的试验。 这些因素不论是对单个发动机还是对装在导弹上的发动机,在使 用过程中都可能影响其工作性能和可靠性。为了考验发动机在各 种环境因素影响下的可靠性,使用性试验是不可缺少的。
在试样阶段,一般要进行组成发动机试验,对发动机性能参数的精度作 出评价,所以试样阶段的试验属于精度试验,为飞行试验提供数据。该阶 段试验还要继续考核工艺稳定性,为定型生产提供依据。
在批生产阶段,进行定型后的鉴定性抽样试验。其作用是检验工艺稳定 性与可靠性、检验发动机性能参数是否落在设计规定的范围内。
本书主要论述地面点火试验、试验装置与设备、试验中的测量方 法、数据处理与不确定评估方法以及试验测试常用的传感器、仪 器仪表与系统。
1.1试验的地位与作用
研制新型号固体火箭发动机一般要经历研究、设计、试制、试验 等四个基本环节组成的一个循环。试验在这个循环中处于关键地位。 这不仅因为发动机的性能、精度、可靠性需要通过实验来评定、验 证,而且还因为发动机研制过程中一些主要问题要依靠试验来暴露, 依靠试验来寻找解决问题的途径。举例:某超高速鱼雷使用两台固 体发动机,性能靠试验来保证。
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