測試固體燃料微推進器點火燃燒特性及推進性能的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型是關(guān)于測試點火燃燒特性及推進性能的試驗裝置,特別涉及測試固體燃料微推進器點火燃燒特性及推進性能的裝置。
【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地、深空任務(wù)等一系列優(yōu)勢,航天器的小型化已成為航天業(yè)發(fā)展趨勢。隨著航天器的小型化,原有推進系統(tǒng)難以滿足小型航天器的需求,因此,微推進器的研宄具有十分迫切和重要的意義。在各種微推進器中,以MEMS為基礎(chǔ)的固體燃料推進器因具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,無移動件,泄露可能性小等優(yōu)勢,已成為研宄的熱點。MEMS基固體燃料推進器的性能研宄,主要是針對推進劑在特定結(jié)構(gòu)造型的推進器中的點火燃燒特性及推進性能進行研宄。
[0003]目前,實際應(yīng)用于實現(xiàn)MEMS基固體燃料推進器點火的方式主要為電熱絲點火。但由于電熱絲材料昂貴,且制造、裝配及控制工藝繁雜,給實驗室的相關(guān)研宄工作帶來了極大的困難。因此尋找一種廉價、便捷又能夠滿足真實微推進器工作環(huán)境要求的點火方式十分重要。
[0004]由于固體燃料微推進器燃燒時間短,溫度、燃速、發(fā)射光譜、推力等點火燃燒特性及推進性能指標變化快,對其在燃燒過程中的變化規(guī)律進行有效監(jiān)測十分困難。特別是其推力范圍很小,一般僅為1-100毫牛,難以進行快速準確的測量。因此如何對固體燃料微推進器的點火燃燒特性及推進性能進行測試顯得尤為重要。目前,相關(guān)領(lǐng)域的研宄學者通常采用單擺式推力測試裝置對其推力進行測量。這種測試裝置的基本原理是利用擺臂繞支點的轉(zhuǎn)動,將推進器的動能轉(zhuǎn)化為重力勢能,根據(jù)擺臂轉(zhuǎn)動的角度計算推力大小。然而,這種測試方法受摩擦、推進器質(zhì)量變化等因素干擾嚴重,其測量精度較差,并且由于推進器在測試過程中是運動的,難以對其進行實時燃燒診斷。因此需要尋找新的推進性能測試方法,來克服這些缺點和不足。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足,提供測試固體燃料微推進器點火燃燒特性及推進性能的裝置。為解決上述技術(shù)問題,本實用新型的解決方案是:
[0006]提供測試固體燃料微推進器點火燃燒特性及推進性能的裝置,用于對微推進器進行性能測試,微推進器中裝載有固體推進劑,所述測試固體燃料微推進器點火燃燒特性及推進性能的裝置包括激光器、反應(yīng)器、真空泵、高速攝影儀、高速測溫儀、光纖光譜儀、數(shù)據(jù)采集卡、同步觸發(fā)開關(guān)和計算機;
[0007]所述反應(yīng)器包括耐壓玻璃罩、微推進器固定臺架、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器中的推進劑加熱至其著火溫度以上;耐壓玻璃罩的下端通過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)測耐壓玻璃罩內(nèi)部的壓力;底座的上層設(shè)有微推進器固定臺架,用于將微推進器固定在耐壓玻璃罩內(nèi),微推進器固定臺架的正下方設(shè)置有一臺高敏壓力傳感器,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器產(chǎn)生的推力信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并傳輸至數(shù)據(jù)采集卡,數(shù)據(jù)采集卡用于將接收到的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳輸至計算機;
[0008]所述高速攝影儀、高速測溫儀、光纖光譜儀、數(shù)據(jù)采集卡和激光器的電路開關(guān),分別通過信號線路與計算機連接,且計算機能利用同步觸發(fā)開關(guān),控制高速攝影儀、高速測溫儀、光纖光譜儀、數(shù)據(jù)采集卡與激光器同步啟動;高速攝影儀、高速測溫儀、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),用于實時監(jiān)測微推進器的燃燒過程,并將測量數(shù)據(jù)傳輸至計算機;激光器、高速攝影儀、高速測溫儀、光纖光譜儀還能通過同步觸發(fā)開關(guān)進行物理手動觸發(fā);
[0009]所述同步觸發(fā)開關(guān)分別與計算機、激光器的電源,以及高速攝影儀、高速測溫儀、光纖光譜儀的外部電頻觸發(fā)端口關(guān)聯(lián),并能夠通過手動和計算機兩種方式控制開關(guān)觸發(fā);
[0010]所述計算機中設(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,并集成對同步觸發(fā)開關(guān)的控制,用于對激光器、高速攝影儀、高速測溫儀、光纖光譜儀和數(shù)據(jù)采集卡的啟停進行控制,同時實現(xiàn)對參數(shù)(功率、加熱時間及采樣頻率等)設(shè)置的集中操作,并對高速攝影儀、高速測溫儀、光纖光譜儀、數(shù)據(jù)采集卡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行保存和后續(xù)分析。
[0011]作為進一步的改進,所述高敏壓力傳感器采用最小量程在I μΝ以下、最高測量頻率在1000Hz以上的壓力傳感器。
[0012]作為進一步的改進,所述激光器的功率能進行調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)范圍為10?150W。
[0013]作為進一步的改進,所述激光器出射口與耐壓玻璃罩的圓孔通過密封膠帶進行密封連接。
[0014]作為進一步的改進,所述高速攝影儀、高速測溫儀和光纖光譜儀的最高測量頻率均為 100Hz。
[0015]作為進一步的改進,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]作為進一步的改進,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,本實用新型的有益效果是:
[0018]1、本實用新型采用激光點火的方式對推進器中的推進劑進行點火,其點火能量、點火溫度及升溫速率與實際電阻絲點火基本一致,但成本大大降低,工藝大大簡化,且工作穩(wěn)定性更好,非常適合實驗室測試研宄工作。
[0019]2、本實用新型可通過計算機控制精確調(diào)節(jié)激光器功率,并能在實驗過程中實現(xiàn)激光器功率的線性變化,為實驗人員提供更豐富的點火方案。
[0020]3、本實用新型可以進行不同結(jié)構(gòu)的微推進器及不同種類的推進劑的性能測試。
[0021]4、本實用新型中的反應(yīng)器與真空泵連接,能夠模擬太空實際環(huán)境,實現(xiàn)推進器在不同環(huán)境壓力條件下的性能測試。
[0022]5、本實用新型通過先進測量手段,實現(xiàn)了對微推進器點火燃燒過程中溫度、燃燒、發(fā)射光譜、推力、沖量及比沖等點火燃燒特性及推進性能指標的快速準確測量,測量頻率最高達 100Hz。
[0023]6、本實用新型采用高敏壓力傳感器對微推進器的推進性能進行測試,消除了傳統(tǒng)單擺式推力測試裝置的移動摩擦、延時等測量系統(tǒng)誤差,提高了測試精度。
[0024]7、本實用新型通過同步觸發(fā)開關(guān),控制測量儀器與激光器同步開啟,可以測量微推進器的點火延遲時間和燃燒時間等點火燃燒特性指標。
[0025]8、本實用新型可通過計算機集成控制,為試驗的安全、便捷進行提供了保證。
【附圖說明】
[0026]圖1為本實用新型中的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖2為本實用新型測試微推進器點火燃燒特性及推進性能的裝置圖。
[0028]圖中的附圖標記為:1耐壓玻璃罩;2微推進器固定臺架;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微推進器;10固體推進劑;11真空泵;12數(shù)據(jù)采集卡;13高速攝影儀;14高速測溫儀;15光纖光譜儀;16同步觸發(fā)開關(guān);17計算機。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細描述:
[0030]測試固體燃料微推進器點火燃燒特性及推進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、高速測溫儀14、光纖光譜儀15、數(shù)據(jù)采集卡12、同步觸發(fā)開關(guān)16和計算機17,能利用激光器7對微推進器9中的固體推進劑10進行加熱,實現(xiàn)不同環(huán)境壓力下推進劑點火和燃燒,通過多種儀器設(shè)備對微推進器9的點火燃燒特性和推進性能進行觀察、測量和分析。
[0031 ] 本實用新型中微推進器9在反應(yīng)器中點火燃燒,如圖1所示,反應(yīng)器包括耐壓玻璃罩1、微推進器固定臺架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)強度,同時便于對固體推進劑10的點火燃燒特性進行監(jiān)測。耐壓玻璃罩I的頂端開有圓孔,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密封膠帶8密封連接。激光器7用于將微推進器9中的固體推進劑10加熱至其著火溫度(一般為500-100