[发明专利]一种固体推进剂裂纹扩展试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于固体火箭发动机推进剂的试验装置，具体地说，涉及一种固体推进剂裂纹扩展试验装置。属于固体火箭发动机及其实验设备领域，适用于模拟固体火箭发动机点火后燃烧室内增压过程，观测研究固体推进剂裂纹扩展变化规律及其影响因素的试验。

背景技术

固体火箭发动机推进剂在生产及点火过程中，由于受到各种应力，会产生裂纹。裂纹对固体推进剂的燃烧特性有重大影响，极端情况下有可能发生爆炸。目前，国内外科研人员对固体推进剂进行了大量有关裂纹燃烧和扩展机理、制约因素的试验研究，设计了多种裂纹模拟试验装置。

现有公开的文献(Todd E.Earnest，RSRMTP-H1148 Main Grain Propellant Crack Initiation Evaluation[R].AIAA 2005-3601.)中介绍了在研究燃烧引起的裂纹扩展时，采用的一套高速摄像系统，它包括模拟发动机燃烧室、数据获取系统和点火系统三大部分。模拟发动机燃烧室是一端带透明有机玻璃窗口的圆柱形系统，数据获取系统包括压力测量系统和成像系统。该试验装置中不同的裂纹扩展自由体积对应各自的推进剂试件支撑盘，要做对比实验必须更换支撑盘，这会对试验装置的气密性造成影响，并且操作复杂。

在文献“固体推进剂裂纹燃烧时扩展条件的实验研究和理论分析[D].”(海军航空工程学院硕士论文，1999.)、“固体推进剂裂纹燃烧与扩展的研究[D].”(海军航空工程学院硕士论文，2000.)、“固体推进剂装药裂纹内燃烧流动的实验研究[J].”(《推进技术》2000，21(5)：58-60.)中介绍的大都采用X射线高速实时荧屏分析系统(RTR)作为裂纹扩展试验的测试系统。X射线高速实时荧屏分析系统(RTR)是一种研究不透明高压燃烧器或发动机内部复杂工作过程的非接触式实验设备，该系统由X射线发生器、实验发动机、高速录像系统、时间控制系统、数据采集系统、高速运动分析仪组成。它的主要工作原理是利用X射线成像原理来摄取发动机内部的工作过程，同时利用压力传感器还可获取压力-时间曲线。该装置中采用沿X射线方向厚度均匀的矩形发动机以得到背景均匀的图像。但是，该实验装置只能进行推进剂燃烧条件下的裂纹扩展实验，不能进行冷气充压条件下的实验，提供的实验数据不够充分，与发动机实际工作条件有一定的差距。

发明内容

为了克服现有技术中实验结构操作复杂，裂纹扩展实验条件单一的不足，本发明提出一种固体推进剂裂纹扩展试验装置，该裂纹扩展试验装置通过更换倾斜角度不同的楔形块，实现裂纹扩展自由体积的多次调节；通入氮气实现冷气充压条件下裂纹扩展情况的测试；增加点火药包和点火药包导线，实现推进剂燃烧条件下裂纹扩展情况的测试；该装置结构简单，操作安全可靠。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案是：裂纹扩展试验装置包括前法兰盘、后法兰盘、支撑盘、焊接嘴、观察窗、前密封圈、后密封圈、推进剂试件和楔形块组成。

所述的支撑盘为空心扁圆柱形，前后贯通的空心内腔呈上下叠加的两个大小方框结构，支撑盘的顶部设置有两个与空心内腔相通的圆通孔，两个圆通孔呈V字形结构，两个圆通孔上安装有焊接嘴，两个焊接嘴各自与电磁阀和节流孔板相连接，支撑盘的前端面设有放置前密封圈的环形凹槽，扁圆柱形的观察窗安装固定在支撑盘与前法兰盘之间均为紧密配合；支撑盘空心内腔为模拟发动机燃烧室，推进剂试件放置在空心内腔，推进剂试件的两侧使用两块α角度相同的楔形块固定，通过使用不同α角的楔形块，调节推进剂试样与燃烧室壳体间自由体积的大小。

所述的前法兰盘的前端设置有观察燃烧试件的窗口，后端设置有与观察窗外圆直径相同的凹槽，沿前法兰盘周向均布设置四个通孔。

所述的后法兰盘与支撑盘相接的端面上设置有两层凸台，固定支撑盘和后密封圈，后法兰盘另一端面为平面，沿后法兰盘周向均布设置四个通孔。

所述的楔形块截面呈上宽下窄，一面有倾斜度的梯形状，楔形块的厚度与推进剂试件的厚度相同，楔形块的倾斜度面与推进剂试件的侧面形成α角，楔形块α角为10°至30°。

所述的前法兰盘和后法兰盘之间夹紧观察窗与支撑盘时使用螺栓连接，且与推进剂试件的中心在同一轴线上。

前法兰盘、后法兰盘、支撑盘均为不锈钢材料制成，观察窗材料为石英玻璃。

通过观察窗记录下裂纹扩展过程，推算出裂纹扩展的速度与时间的关系，