[发明专利]超高转速轴机一体化自旋系统

说明书

本发明公开的一种用于超高转速自旋实验的轴机一体化系统，属于固体火箭发动机自旋实验领域。本发明主要由光谱仪和监控系统、变频器、轴机一体化发动机、固定安全系统、动平衡监测系统和远程控制系统组成。本发明通过轴机一体化设计，使得系统在超高速自旋下所受的离心力减少，增强系统的稳定性。轴机一体化发动机采用内嵌式设计，极大的减少气动阻力，提高系统的最大转速和效率。采用双电机“对称”分布动力布局，使得皮带的压紧力、拉力对轴机一体化发动机的影响相互抵消，减少自旋状态下，陶瓷轴承的摩擦力，提高系统的最大转速。采用无线供电传输模块替换传统滑环，减少系统的无效摩擦力、提高超高转速自旋轴机一体化系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种用于超高转速自旋实验的轴机一体化自旋系统，特别涉及一种超高转速 的固体火箭发动机自旋实验，属于固体火箭发动机自旋实验领域。

技术背景

随着航天事业的发展，对固体导弹武器装备高过载、高加速和高机动性能要求更加迫切， 如底排-火箭复合增程弹发射过程需要满足高速自旋条件。导弹飞行过程中也需要通过自旋来 提高稳定性、降低推力偏心和增加射程。在高速自旋过程中会使得推进剂和固体火箭发动机 壳体变形、燃烧室及喷管流场发生变化、凝相燃烧产物沉积、推进剂燃速增大、比冲下降以 及内弹道性能发生明显改变等。因此有必要对自旋条件下固体火箭发动机性能进行研究。

通过地面自旋试验，模拟导弹飞行过程中的自旋状态，方便实验数据采集，节约实验成 本，对提高固体推进剂的制造工艺、力学性能、固体火箭发动机性能具有重要的理论意义和 工程应用价值。

提高自旋条件下固体火箭发动机、固体推进剂燃烧性能研究手段，建立超高转速自旋轴 机一体化系统，对提高固体推进剂装药工艺、固体火箭发动机等装备的性能具有重要意义。 文章《固体火箭发动机高速旋转试验台设计》公开了一种高速自旋台设计方案。但该方案无 法达到超高转速(30000r/min)，无法为超高转速下固体火箭发动机研究提供手段，且该方案 实验发动机体积较小。

发明内容

本发明主要目的是提供一种超高转速自旋轴机一体化系统，用于固体火箭发动机超高转 速自旋地面模拟试验，且具有如下优点：(一)通过轴机一体化设计，极大减少装置的数量、 质量、所占体积和径向直径，同时提高自旋试验装药的体积，直径减少，零部件减少，使得 系统在超高速自旋下所受的离心力减少，增强系统的稳定性。直径减少、质量减少，轴机一 体化发动机的转动惯量减少，惯性功率减少。同时，轴机一体化发动机采用内嵌式设计，极 大的减少气动阻力，提高系统的最大转速和效率。(二)采用双电机“对称”分布动力布局， 使得皮带的压紧力、拉力对轴机一体化发动机的影响相互抵消，进而减少自旋状态下，陶瓷 轴承的摩擦力，提高系统的最大转速；避免单一动力、单一皮带下使得轴机一体化发动机对 超高转速陶瓷轴承的挤压磨损，同时采用供油冷却减少陶瓷摩擦产生的热量和绝热套减少羽 流散热对轴承的影响，提高陶瓷轴承的使用寿命；同时减少在超高转速下单一拉力引入系统 的振动，平衡性更好，提高系统的稳定和安全性；同时，采用双电机“对称”分布动力布局， 能够提高皮带对轴机一体化发动机拉力的极限值，进而进一步提高系统的最大转速。(三)采 用无线供电传输模块替换传统滑环，实现对超高速自旋下的采集卡稳定的供电和信号传输， 控制发动机的点火和数据的采集、传输，避免传统滑环在超高转速下发生磨损导致信号传输 和供电不稳，且进一步减少系统的无效摩擦力、提高超高转速自旋轴机一体化系统的稳定性。

所述超高转速指能够适应30000r/min发动机自旋实验速度。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种用于超高转速自旋实验的轴机一体化系统，主要由光谱仪和监控系 统、传动装置、变频电机、变频器、无线供电传输装置、采集仪、供油冷却系统、轴机一体 化发动机、固定安全系统、动平衡监测系统、转速传感器和远程控制系统组成。