[发明专利]测试固体燃料微推进器点火燃烧特性及推进性能的装置

说明书

技术领域

本发明是关于测试点火燃烧特性及推进性能的试验装置，特别涉及测试固体燃料微推进器点火燃烧特性及推进性能的装置。

背景技术

由于发射成本低，稳定性、灵活性好和适用于远地、深空任务等一系列优势，航天器的小型化已成为航天业发展趋势。随着航天器的小型化，原有推进系统难以满足小型航天器的需求，因此，微推进器的研究具有十分迫切和重要的意义。在各种微推进器中，以MEMS为基础的固体燃料推进器因具有结构简单、紧凑，无移动件，泄露可能性小等优势，已成为研究的热点。MEMS基固体燃料推进器的性能研究，主要是针对推进剂在特定结构造型的推进器中的点火燃烧特性及推进性能进行研究。

目前，实际应用于实现MEMS基固体燃料推进器点火的方式主要为电热丝点火。但由于电热丝材料昂贵，且制造、装配及控制工艺繁杂，给实验室的相关研究工作带来了极大的困难。因此寻找一种廉价、便捷又能够满足真实微推进器工作环境要求的点火方式十分重要。

由于固体燃料微推进器燃烧时间短，温度、燃速、发射光谱、推力等点火燃烧特性及推进性能指标变化快，对其在燃烧过程中的变化规律进行有效监测十分困难。特别是其推力范围很小，一般仅为1-100毫牛，难以进行快速准确的测量。因此如何对固体燃料微推进器的点火燃烧特性及推进性能进行测试显得尤为重要。目前，相关领域的研究学者通常采用单摆式推力测试装置对其推力进行测量。这种测试装置的基本原理是利用摆臂绕支点的转动，将推进器的动能转化为重力势能，根据摆臂转动的角度计算推力大小。然而，这种测试方法受摩擦、推进器质量变化等因素干扰严重，其测量精度较差，并且由于推进器在测试过程中是运动的，难以对其进行实时燃烧诊断。因此需要寻找新的推进性能测试方法，来克服这些缺点和不足。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供测试固体燃料微推进器点火燃烧特性及推进性能的装置。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供测试固体燃料微推进器点火燃烧特性及推进性能的装置，用于对微推进器进行性能测试，微推进器中装载有固体推进剂，所述测试固体燃料微推进器点火燃烧特性及推进性能的装置包括激光器、反应器、真空泵、高速摄影仪、高速测温仪、光纤光谱仪、数据采集卡、同步触发开关和计算机；

所述反应器包括耐压玻璃罩、微推进器固定台架、密封圈、底座、压力表、高敏压力传感器；耐压玻璃罩为钟形的玻璃罩，耐压玻璃罩的顶端开有圆孔，圆孔用于连接激光器的出射口，且保证激光器的出射口与圆孔密封连接，所述激光器用于将微推进器中的推进剂加热至其着火温度以上；耐压玻璃罩的下端通过密封圈与底座密封结合，底座中设有一条气体通道，气体通道连通耐压玻璃罩内部和真空泵，所述真空泵用于抽取耐压玻璃罩内部的空气；底座的侧面装有一只压力表，用于监测耐压玻璃罩内部的压力；底座的上层设有微推进器固定台架，用于将微推进器固定在耐压玻璃罩内，微推进器固定台架的正下方设置有一台高敏压力传感器，高敏压力传感器与数据采集卡连接，高敏压力传感器能将微推进器产生的推力信号转换为电压信号并传输至数据采集卡，数据采集卡用于将接收到的电压信号转换为数字信号并传输至计算机；

所述高速摄影仪、高速测温仪、光纤光谱仪、数据采集卡和激光器的电路开关，分别通过信号线路与计算机连接，且计算机能利用同步触发开关，控制高速摄影仪、高速测温仪、光纤光谱仪、数据采集卡与激光器同步启动；高速摄影仪、高速测温仪、数据采集卡和光纤光谱仪分别设置在反应器的外侧，用于实时监测微推进器的燃烧过程，并将测量数据传输至计算机；激光器、高速摄影仪、高速测温仪、光纤光谱仪还能通过同步触发开关进行物理手动触发；

所述同步触发开关分别与计算机、激光器的电源，以及高速摄影仪、高速测温仪、光纤光谱仪的外部电频触发端口关联，并能够通过手动和计算机两种方式控制开关触发；

所述计算机中设置有集中控制模块，集中控制模块能集中显示高速摄影仪、高速测温仪、光纤光谱仪、数据采集卡和激光器的控制，并集成对同步触发开关的控制，用于对激光器、高速摄影仪、高速测温仪、光纤光谱仪和数据采集卡的启停进行控制，同时实现对参数(功率、加热时间及采样频率等)设置的集中操作，并对高速摄影仪、高速测温仪、光纤光谱仪、数据采集卡传输的数据进行保存和后续分析。

作为进一步的改进，所述高敏压力传感器采用最小量程在1μN以下、最高测量频率在1000Hz以上的压力传感器。

作为进一步的改进，所述激光器的功率能进行调节，调节范围为10～150W。