[发明专利]一种固体火箭发动机衬层固化状态实时监测装置及方法

说明书

发明属于材料固化技术领域，具体涉及一种固体火箭发动机衬层固化状态实时监测装置及方法；一种固体火箭发动机衬层固化状态实时监测装置，激光测厚仪设置在恒温箱的上方，钢槽和高温兰姆波超声传感器均设置在恒温箱内部，钢槽用于浇注固体火箭发动机衬层，高温兰姆波超声传感器设置在钢槽的下表面，高温兰姆波超声传感器和激光测厚仪均与处理器电性连接，处理器与显示器电性连接；本发明采用超声兰姆波技术及激光测厚技术监测固体火箭发动机衬层在恒定固化温度下的固化反应过程，通过分析、计算衬层纵波声速、兰姆波回波峰值和声衰减系数表征固体火箭发动机衬层的固化状态，具有灵敏度高、速度快、实时监测、适用中温固化环境等特点。

技术领域

本发明属于材料固化技术领域，具体涉及一种固体火箭发动机衬层固化状态实时监测装置及方法。

背景技术

衬层作为固体火箭发动机燃烧室内粘接推进剂和绝热层(或壳体)的一种热固性树脂材料，具有良好的粘弹性、耐热性、抗腐蚀性等优异性能，起保护发动机的重要作用。衬层在不同固化时间浇注推进剂，会直接影响衬层和推进剂界面的粘接强度。为了保证粘接性能，目前普遍采用的工艺是将刮涂好衬层的发动机置于50℃-100℃的“中温环境”中旋转，经过一定时间固化达到“半固化状态”，然后抽真空装入推进剂，此时衬层已经基本成型，不再流动，在抽真空过程中不会起泡，而且衬层体系中剩余的部分活性基团还能够与推进剂反应生成化学键，提高界面粘接强度。如果衬层没有达到“半固化状态”抽真空装入推进剂，将引起鼓泡，严重破坏衬层和推进剂界面粘接强度；如果衬层过了“半固化状态”装入推进剂，将导致衬层和推进剂界面粘接不牢固引起脱粘，这些可能导致发动机在工作过程中发生爆炸、解体等灾难性事故。因此，准确掌握固体火箭发动机衬层的固化状态，是科学设计衬层固化工艺、保证固体火箭发动机产品质量的关键。

目前为止，固体火箭发动机衬层固化过程和固化状态的监测主要依赖于工人的实际经验以及动态热力分析、红外光谱、差式扫描等物理化学方法，存在操作复杂、灵敏度不高、对监测材料具有破坏性、无法在线实时监测等问题。有鉴于此，需要探索更加简便、稳定、高效的无损检测技术，对固体火箭发动机衬层固化过程进行实时监测。

发明内容

本发明针对上述问题提供了一种固体火箭发动机衬层固化状态实时监测装置及方法。

为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：

一种固体火箭发动机衬层固化状态实时监测装置，包括激光测厚仪、恒温箱、钢槽、高温兰姆波超声传感器、处理器和显示器，所述激光测厚仪设置在恒温箱的上方，在所述恒温箱的上表面设置有散热孔，所述激光测厚仪的激光穿过散热孔到达恒温箱内部，所述钢槽和高温兰姆波超声传感器均设置在恒温箱内部，所述钢槽用于浇注固体火箭发动机衬层，所述高温兰姆波超声传感器在0℃～100℃温度下声学性能稳定，并具有很高的信噪比和灵敏度，所述高温兰姆波超声传感器设置在钢槽的下表面，所述高温兰姆波超声传感器和激光测厚仪均与处理器电性连接，所述处理器与显示器电性连接，所述处理器用于控制高温兰姆波超声传感器激发并接收兰姆波回波信号，同时控制激光测厚仪测量固体火箭发动机衬层的厚度，并对接收的兰姆波回波信号和固体火箭发动机衬层厚度信号进行存储、处理和分析，计算固体火箭发动机衬层固化反应过程中衬层纵波声速、兰姆波回波峰值和声衰减系数的变化，并输出至显示器进行显示。

进一步，所述高温兰姆波超声传感器由高温发射探头、高温接收探头和高温斜楔组成，所述高温斜楔有两个，对称设置在钢槽的下表面在所述高温斜楔和钢槽的接触面之间涂覆有高温耦合剂层，所述高温发射探头和高温接收探头分别设置在两个高温斜楔的倾斜面上，所述高温发射探头和高温接收探头均与处理器电性连接。

再进一步，所述高温发射探头和高温接收探头的频率范围为1MHz～5MHz。

更进一步，所述钢槽的深度为0.5mm～2mm，所述钢槽底板的厚度为1mm～3mm。

更进一步，所述恒温箱的温度范围为10℃～300℃，控温精度为±1℃。