測(cè)試固體燃料微推進(jìn)器點(diǎn)火燃燒特性及推進(jìn)性能的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于測(cè)試點(diǎn)火燃燒特性及推進(jìn)性能的試驗(yàn)裝置，特別涉及測(cè)試固體燃料微推進(jìn)器點(diǎn)火燃燒特性及推進(jìn)性能的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由于發(fā)射成本低，穩(wěn)定性、靈活性好和適用于遠(yuǎn)地、深空任務(wù)等一系列優(yōu)勢(shì)，航天器的小型化已成為航天業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。隨著航天器的小型化，原有推進(jìn)系統(tǒng)難以滿(mǎn)足小型航天器的需求，因此，微推進(jìn)器的研宄具有十分迫切和重要的意義。在各種微推進(jìn)器中，以MEMS為基礎(chǔ)的固體燃料推進(jìn)器因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，無(wú)移動(dòng)件，泄露可能性小等優(yōu)勢(shì)，已成為研宄的熱點(diǎn)。MEMS基固體燃料推進(jìn)器的性能研宄，主要是針對(duì)推進(jìn)劑在特定結(jié)構(gòu)造型的推進(jìn)器中的點(diǎn)火燃燒特性及推進(jìn)性能進(jìn)行研宄。
[0003]目前，實(shí)際應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)MEMS基固體燃料推進(jìn)器點(diǎn)火的方式主要為電熱絲點(diǎn)火。但由于電熱絲材料昂貴，且制造、裝配及控制工藝繁雜，給實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)研宄工作帶來(lái)了極大的困難。因此尋找一種廉價(jià)、便捷又能夠滿(mǎn)足真實(shí)微推進(jìn)器工作環(huán)境要求的點(diǎn)火方式十分重要。
[0004]由于固體燃料微推進(jìn)器燃燒時(shí)間短，溫度、燃速、發(fā)射光譜、推力等點(diǎn)火燃燒特性及推進(jìn)性能指標(biāo)變化快，對(duì)其在燃燒過(guò)程中的變化規(guī)律進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)十分困難。特別是其推力范圍很小，一般僅為1-100毫牛，難以進(jìn)行快速準(zhǔn)確的測(cè)量。因此如何對(duì)固體燃料微推進(jìn)器的點(diǎn)火燃燒特性及推進(jìn)性能進(jìn)行測(cè)試顯得尤為重要。目前，相關(guān)領(lǐng)域的研宄學(xué)者通常采用單擺式推力測(cè)試裝置對(duì)其推力進(jìn)行測(cè)量。這種測(cè)試裝置的基本原理是利用擺臂繞支點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，將推進(jìn)器的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能，根據(jù)擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)的角度計(jì)算推力大小。然而，這種測(cè)試方法受摩擦、推進(jìn)器質(zhì)量變化等因素干擾嚴(yán)重，其測(cè)量精度較差，并且由于推進(jìn)器在測(cè)試過(guò)程中是運(yùn)動(dòng)的，難以對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)燃燒診斷。因此需要尋找新的推進(jìn)性能測(cè)試方法，來(lái)克服這些缺點(diǎn)和不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供測(cè)試固體燃料微推進(jìn)器點(diǎn)火燃燒特性及推進(jìn)性能的裝置。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的解決方案是:
[0006]提供測(cè)試固體燃料微推進(jìn)器點(diǎn)火燃燒特性及推進(jìn)性能的裝置，用于對(duì)微推進(jìn)器進(jìn)行性能測(cè)試，微推進(jìn)器中裝載有固體推進(jìn)劑，所述測(cè)試固體燃料微推進(jìn)器點(diǎn)火燃燒特性及推進(jìn)性能的裝置包括激光器、反應(yīng)器、真空泵、高速攝影儀、高速測(cè)溫儀、光纖光譜儀、數(shù)據(jù)采集卡、同步觸發(fā)開(kāi)關(guān)和計(jì)算機(jī)；
[0007]所述反應(yīng)器包括耐壓玻璃罩、微推進(jìn)器固定臺(tái)架、密封圈、底座、壓力表、高敏壓力傳感器；耐壓玻璃罩為鐘形的玻璃罩，耐壓玻璃罩的頂端開(kāi)有圓孔，圓孔用于連接激光器的出射口，且保證激光器的出射口與圓孔密封連接，所述激光器用于將微推進(jìn)器中的推進(jìn)劑加熱至其著火溫度以上；耐壓玻璃罩的下端通過(guò)密封圈與底座密封結(jié)合，底座中設(shè)有一條氣體通道，氣體通道連通耐壓玻璃罩內(nèi)部和真空泵，所述真空泵用于抽取耐壓玻璃罩內(nèi)部的空氣；底座的側(cè)面裝有一只壓力表，用于監(jiān)測(cè)耐壓玻璃罩內(nèi)部的壓力；底座的上層設(shè)有微推進(jìn)器固定臺(tái)架，用于將微推進(jìn)器固定在耐壓玻璃罩內(nèi)，微推進(jìn)器固定臺(tái)架的正下方設(shè)置有一臺(tái)高敏壓力傳感器，高敏壓力傳感器與數(shù)據(jù)采集卡連接，高敏壓力傳感器能將微推進(jìn)器產(chǎn)生的推力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并傳輸至數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡用于將接收到的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并傳輸至計(jì)算機(jī)；
[0008]所述高速攝影儀、高速測(cè)溫儀、光纖光譜儀、數(shù)據(jù)采集卡和激光器的電路開(kāi)關(guān)，分別通過(guò)信號(hào)線路與計(jì)算機(jī)連接，且計(jì)算機(jī)能利用同步觸發(fā)開(kāi)關(guān)，控制高速攝影儀、高速測(cè)溫儀、光纖光譜儀、數(shù)據(jù)采集卡與激光器同步啟動(dòng)；高速攝影儀、高速測(cè)溫儀、數(shù)據(jù)采集卡和光纖光譜儀分別設(shè)置在反應(yīng)器的外側(cè)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微推進(jìn)器的燃燒過(guò)程，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)；激光器、高速攝影儀、高速測(cè)溫儀、光纖光譜儀還能通過(guò)同步觸發(fā)開(kāi)關(guān)進(jìn)行物理手動(dòng)觸發(fā)；
[0009]所述同步觸發(fā)開(kāi)關(guān)分別與計(jì)算機(jī)、激光器的電源，以及高速攝影儀、高速測(cè)溫儀、光纖光譜儀的外部電頻觸發(fā)端口關(guān)聯(lián)，并能夠通過(guò)手動(dòng)和計(jì)算機(jī)兩種方式控制開(kāi)關(guān)觸發(fā)；
[0010]所述計(jì)算機(jī)中設(shè)置有集中控制模塊，集中控制模塊能集中顯示高速攝影儀、高速測(cè)溫儀、光纖光譜儀、數(shù)據(jù)采集卡和激光器的控制，并集成對(duì)同步觸發(fā)開(kāi)關(guān)的控制，用于對(duì)激光器、高速攝影儀、高速測(cè)溫儀、光纖光譜儀和數(shù)據(jù)采集卡的啟停進(jìn)行控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)(功率、加熱時(shí)間及采樣頻率等)設(shè)置的集中操作，并對(duì)高速攝影儀、高速測(cè)溫儀、光纖光譜儀、數(shù)據(jù)采集卡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行保存和后續(xù)分析。
[0011]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述高敏壓力傳感器采用最小量程在I μΝ以下、最高測(cè)量頻率在1000Hz以上的壓力傳感器。
[0012]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述激光器的功率能進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為10?150W。
[0013]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述激光器出射口與耐壓玻璃罩的圓孔通過(guò)密封膠帶進(jìn)行密封連接。
[0014]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述高速攝影儀、高速測(cè)溫儀和光纖光譜儀的最高測(cè)量頻率均為 100Hz。
[0015]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述集中控制模塊采用WSP-D806型巡檢儀和1-1075型數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。
[0016]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述反應(yīng)器水平放置，且激光器的出射口與反應(yīng)器保持垂直。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0018]1、本發(fā)明采用激光點(diǎn)火的方式對(duì)推進(jìn)器中的推進(jìn)劑進(jìn)行點(diǎn)火，其點(diǎn)火能量、點(diǎn)火溫度及升溫速率與實(shí)際電阻絲點(diǎn)火基本一致，但成本大大降低，工藝大大簡(jiǎn)化，且工作穩(wěn)定性更好，非常適合實(shí)驗(yàn)室測(cè)試研宄工作。
[0019]2、本發(fā)明可通過(guò)計(jì)算機(jī)控制精確調(diào)節(jié)激光器功率，并能在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)激光器功率的線性變化，為實(shí)驗(yàn)人員提供更豐富的點(diǎn)火方案。
[0020]3、本發(fā)明可以進(jìn)行不同結(jié)構(gòu)的微推進(jìn)器及不同種類(lèi)的推進(jìn)劑的性能測(cè)試。
[0021]4、本發(fā)明中的反應(yīng)器與真空泵連接，能夠模擬太空實(shí)際環(huán)境，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)器在不同環(huán)境壓力條件下的性能測(cè)試。
[0022]5、本發(fā)明通過(guò)先進(jìn)測(cè)量手段，實(shí)現(xiàn)了對(duì)微推進(jìn)器點(diǎn)火燃燒過(guò)程中溫度、燃燒、發(fā)射光譜、推力、沖量及比沖等點(diǎn)火燃燒特性及推進(jìn)性能指標(biāo)的快速準(zhǔn)確測(cè)量，測(cè)量頻率最高達(dá)100Hz ο
[0023]6、本發(fā)明采用高敏壓力傳感器對(duì)微推進(jìn)器的推進(jìn)性能進(jìn)行測(cè)試，消除了傳統(tǒng)單擺式推力測(cè)試裝置的移動(dòng)摩擦、延時(shí)等測(cè)量系統(tǒng)誤差，提高了測(cè)試精度。
[0024]7、本發(fā)明通過(guò)同步觸發(fā)開(kāi)關(guān)，控制測(cè)量?jī)x器與激光器同步開(kāi)啟，可以測(cè)量微推進(jìn)器的點(diǎn)火延遲時(shí)間和燃燒時(shí)間等點(diǎn)火燃燒特性指標(biāo)。
[0025]8、本發(fā)明可通過(guò)計(jì)算機(jī)集成控制，為試驗(yàn)的安全、便捷進(jìn)行提供了保證。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為本發(fā)明中的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖2為本發(fā)明測(cè)試微推進(jìn)器點(diǎn)火燃燒特性及推進(jìn)性能的裝置圖。
[0028]圖中的附圖標(biāo)記為:1耐壓玻璃罩；2微推進(jìn)器固定臺(tái)架；3密封圈；4底座；5壓力表；6高敏壓力傳感器；7激光器；8密封膠帶；9微推進(jìn)器；10固體推進(jìn)劑；11真空泵；12數(shù)據(jù)采集卡；13高速攝影儀；14高速測(cè)溫儀；15光纖光譜儀；16同步觸發(fā)開(kāi)關(guān)；17計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0030]測(cè)試固體燃料微推進(jìn)器點(diǎn)火燃燒特性及推進(jìn)性能的裝置包括激光器7、反應(yīng)器、真空泵11、高速攝影儀13、高速測(cè)溫儀14、光纖光譜儀15、數(shù)據(jù)采集卡12、同步觸發(fā)開(kāi)關(guān)16和計(jì)算機(jī)17，能利用激光器7對(duì)微推進(jìn)器9中的固體推進(jìn)劑10進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境壓力下推進(jìn)劑點(diǎn)火和燃燒，通過(guò)多種儀器設(shè)備對(duì)微推進(jìn)器9的點(diǎn)火燃燒特性和推進(jìn)性能進(jìn)行觀察、測(cè)量和分析。
[0031]本發(fā)明中微推進(jìn)器9在反應(yīng)器中點(diǎn)火燃燒，如圖1所示，反應(yīng)器包括耐壓玻璃罩1、微推進(jìn)器固定臺(tái)架2、密封圈3、底座4、壓力表5、高敏壓力傳感器6，反應(yīng)器水平放置。耐壓玻璃罩I為鐘形，用于保證反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)便于對(duì)固體推進(jìn)劑10的點(diǎn)火燃燒特性進(jìn)行監(jiān)測(cè)。耐壓玻璃罩I的頂端開(kāi)有圓孔，圓孔用于連接激光器7的出射口，且激光器7的出射口與反應(yīng)器保持垂直，并保證激光器7的出射口與圓孔通過(guò)密封膠帶8密封連接。激光器7用于將微推進(jìn)器9中的固體推進(jìn)劑10加熱至其著火溫度(一般為500-1000°C)以上，激光器7