[发明专利]一种基于燃面标识的固体推进剂燃速辨识方法

说明书

本发明涉及一种基于燃面标识的固体推进剂燃速辨识方法，首先设计一个三段直径不同的药型，然后进行燃烧试验；根据记录的压强‑时间曲线上三段不同肉厚装药即将燃尽的时刻和压强，以及剩余形状即明确了当前的燃面面积；利用试验得到的压强‑时间曲线结合发动机平衡压强公式等方法便能求得四个特征点处的瞬时燃速，得到AB,BC,CD三段不同压强范围内的燃速公式，进行燃速辨识。优越性：通过一次试验得到三段曲线从而辨识得到三个燃速，实现了效率的提高，成本的降低。通过对燃面进行标识结合试验压强‑时间曲线来求得燃速，方法简单易解。适用性较广，改变药柱和喷管的尺寸参数即可实现不同试验压强下的燃速测量。

技术领域

本发明属于航空宇航推进技术研究范畴，涉及一种基于燃面标识的固体推进剂燃速辨识方法。

背景技术

固体推进剂的燃速是固体火箭发动机设计和性能分析的重要参数，也是推进剂配方设计和生产工艺中需要严格控制的主要指标之一。燃速的测量对整个发动机的设计改进有着重要指导作用。通常所说的燃速指线性燃速，即单位时间内沿火药燃烧表面的法线方向上固相消失的距离，用(单位时间内燃去的肉厚)表示，业内常用的燃速经验公式为r＝apⁿ(a,n为根据试验测得的常数，p为燃烧室压强)。目前国内外常用的燃速测量方法主要有以下几种：

(1)靶线法和水下声发射法是当下最常用的燃速测定方法，两者都是通过测定在初温和压强不变条件下固定长度的固体推进剂药条的燃烧时间，求出的是药条在整个燃烧时间内的平均燃速。这两种方法提供了简单，快捷的燃速测量思路，且近年来针对两种方法的不足提出了很多改进方案，但依然无法从根本上改变静态平均燃速测定的机制，而静态燃速测量方法无法做到真实的模拟固体推进剂在工作环境中的燃烧过程，从而无法做到精确可信，已经无法满足生产，科研需求。

(2)刘科祥，裴庆等提出了一种在靶线法基础上改进的自升压式多靶线动态燃速测试方法，原理为通过测试燃烧室内内部气体的压强变化量得出式样长度的变化函数：(l是药条长度，t为时间，T为燃气温度，p为燃烧室压强，K₁,K₂,K₃为待定常数)，通过测试6条靶线烧断的瞬时压强和温度分段确定K₁,K₂,K₃，然后对压强温度信号进行修正从而得出燃速随时间变化的函数。该方法实现了在一定温度和压强范围内燃速的实时连续测试，进而计算燃速压强指数和燃速温度敏感系数，动态的得到了燃速公式，与传统方法相比具有快速高效的特点，但其测量误差和测试压强范围有限的问题仍有待解决。

(3)美国的Osborn，Burick等人在上世纪六十年代提出的超声燃速测量方法是利用超声探头通过向固体推进剂药柱内部发射超声波并接受燃面回波来测量燃速，这种方法在国外应用比较普遍，国内还处于起步阶段。其主要优点为设备简单轻便，可以测量三维药柱燃面上某点的燃速，但是会受到壳体强度的限制和声速变化的影响且技术难度较大，国内在该领域仍处于探索性阶段，离成熟运用还有很大距离。

(4)发动机法是通过试车试验让推进剂保持恒面燃烧，即在基本不变的压强和燃速下工作，然后用燃烧肉厚与燃烧时间之比确定在这一工作压强下的燃速。由单次发动机试验获得该工作压强下的燃速，通过一系列发动机在不同压强下的试验来获得推进剂的燃速关系式。它能够模拟固体推进剂在固体发动机中的实际装药形式进行燃烧性能测试，故可以得到接近实际工作条件下的测试结果。但其缺陷也很明显，一是耗费成本高且工作量大，需要数次试验才能得出结果，二是一次试验得到的内弹道信息没有得到充分利用，造成了数据浪费。

综上看来，目前国内外常用的燃速测量方法中，静态燃速测量方法存在着精度低，无法满足需求的问题，而其他动态测量方法在耗费成本，测试效率，技术难度上都存在着较大的不足。传统的发动机法很难定量确定药柱燃烧过程中的燃面变化情况等导致的测量精度不够，发动机法单次试验数据利用率低引起的耗时耗材，国内尚未完全掌握的超声速法技术难度大等问题)。

发明内容

要解决的技术问题