[发明专利]一种基于位移传感的固体推进剂结构变形监检测装置及方法

说明书

提供了一种基于位移传感的固体推进剂结构变形监检测装置，包括加热炉(2)、位移传感器(3)、时间循环继电器(4)、数据采集仪(5)和夹持工装(6)；加热炉(2)用于加热待测固体推进剂样品；位移传感器(3)设置在待测固体推进剂样品上方，用于测定固体推进剂块表面与位移传感器之间的距离；时间循环继电器(4)与位移传感器(3)连接，用于控制位移传感器的开合；数据采集仪(5)与位移传感器(3)连接；夹持工装(6)用于固定位移传感器，以保证待测固体推进剂样品与位移传感器(3)之间绝对距离保持不变。本发明装置结构简单、价格低廉、操作简便，无需埋入或粘贴传感器，能满足固体推进剂结构监检测多任务试验需求。

技术领域

本发明属于固体推进剂及固体发动机健康状态监检测技术，具体地涉及一种基于位移传感的固体推进剂结构变形监检测装置及方法。

背景技术

固体推进剂是导弹飞行的动力源，高能固体推进剂以混合硝酸酯增塑的聚醚为粘合剂，填充大量高能氧化剂奥克托今(HMX)、AP和铝粉(Al)等的热固性交联推进剂。随着对能量要求的提升，大量含氢金属化合物、金属合金、高能氧化剂、高能粘合剂等被引入固体推进剂，如三氢化铝(AlH₃)、铝锂合金、二硝酰胺铵(ADN)、聚叠氮缩水甘油醚(GAP)等。固体推进剂中硝酸酯、炸药或者AlH₃氢金属燃料等活性组分，加速老化或贮存过程中会出现分解或气化导致气体累积，使推进剂药柱产生空穴、鼓包甚至开裂，药柱最终发生结构变形(膨胀、裂纹、孔洞)，影响发动机结构完整性和燃烧稳定性，引发发动机点火失败甚至爆炸，严重威胁导弹使用安全性。因此，评价固体推进剂结构变形是固体推进剂必不可少的一项内容。

固体推进剂及发动机结构变形的监检测属于发动机健康监检测，其重要内容是监测推进剂和发动机的结构完整性。随着微机械电子技术的迅猛发展，测定发动机装药结构完整性的传感器技术应运而生，比较典型的有应力传感器、应变传感器、光纤布拉格光栅(FBG)传感器等。应力-应变传感器是将应变单元安装在膜片上，将压力或应力信号转化为电信号。光纤布拉格光栅传感器是应变测量的一类重点研究的传感器，如果光纤光栅受到了拉伸或者压缩，光栅的周期和光栅的有效折射率会发生相应的变化，光栅的中心波长也会跟着发生变化，根据中心波长和应力应变的对应关系测试出被测物体的应变应力状况。应力-应变传感器和光纤传感器具有体积小、重量轻、可远距离遥测等优势，在固体发动机结构健康监测方面受到广泛关注。但应力-应变传感器和光纤传感器在应用中为嵌入式测量，不仅对传感器的精确性和长期稳定性要求高，而且需满足与推进剂及发动机药柱的材料相容性、低腐蚀敏感性，以及长期或高温加速环境下的良好粘贴嵌入性，嵌入式传感器还会引起推进剂应力应变畸点，造成测试结果误差。

发明内容

本发明技术解决的问题是：克服现有技术的不足，提出一种利用位移传感测距技术监测固体推进剂及发动机推进剂药柱结构变形破坏的监检测装置和方法。

本发明的理论基础为：固体推进剂，尤其是高能固体推进剂在长期贮存及高温加速老化过程中，硝酸酯、氧化剂或AlH₃金属氢化物等组分，发生缓慢分解产生气体，气体来不及扩散而在推进剂内部累积，会导致内部气孔、开裂，推进剂外部膨胀、变形。位移测距传感器常采用激光发射器作为测距光源，激光发射器对着被测物体表面发出激光，发出的激光束在物体表面产生散射和反射，反射光路被激光接受点接受，激光发射点、目标点、接收点三者构成一个三角形，通过已知发射点和接收点两者的角度和位置信息来算出目标点的位置。推进剂与位移传感器之间绝对距离固定时，当推进剂受热分解出现膨胀、变形时，推进剂表面与位移传感器之间相对距离改变，通过位移传感器检测到推进剂的微小变形并传输到数据采集仪，实现对固体推进剂及发动机结构变形破坏的非接触式无损监检测。