[发明专利]基于超声的固体发动机燃速测试方法

说明书

本发明提出一种基于超声的固体发动机燃速测试方法，首先对传感器的技术指标参数进行验证，通过空采数据分析超声探头的频率信息，判断该探头是否符合其标定值；其次结合固体发动机各结构层样件材料，通过探头采集超声在材料中的传播速度；然后，结合传感器的形貌与发动机的直径数据设计传感器的固定工装；接下来在发动机上超声传感器的位置进行标定，结合标定点通过502胶水固定基于3D打印技术加工的传感器固定工装，最后连接传感器的传输线缆并将线缆用防高温胶带进行保护处理并进行数据采集。本发明实现了整机实验过程中的燃速测试用超声传感器的安装及数据采集，为后期固体火箭发动机燃速测试实验提供了新方法。

技术领域

本发明涉及固体发动机燃速测试技术领域，具体为一种基于超声的固体发动机燃速测试方法。

背景技术

固体火箭发动机设计过程中，推进剂的燃速是一个重要的设计参数，该参数对于发动机的工作效能起着至关重要的作用，然而传统的测试方法由于缺乏技术手段，多采用已知肉厚通过燃烧时间推算平均燃速的方式实现，这极大的限制了发动机设计的精度与可靠性。

针对这一问题，随着无损检测技术的发展，超声无损检测技术逐渐应用于燃速测试。结合文献调研显示，该项技术的应用还处于起步阶段，前期在固体发动机上的应用主要是为了测试推进剂的侵蚀燃烧现象，但随着技术的进步与计算机技术的发展，高精度的软硬件采集设备使得其应用范围可推广至固体火箭发动机的动态燃速测试过程中。但是该项技术目前还处于研制阶段，部分的研究成果多应用于实验室环境下，针对整机的实验技术，国内尚处于空白，特别是在整机实验中的传感器安装、校准工艺流程与现有的报道方式存在较大差异。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明结合前期的测试方法调研资料与现场实验环境，提出一种基于超声的固体发动机燃速测试方法，具体包含材料声速数据的校准，传感器的固定工装设计，安装调试及数据采集四部分。结合四部分的研究内容，本发明在整机的实验过程中得到验证，证实该方法具备较高的可靠性与可实施性。

本发明的技术方案为：

所述一种基于超声的固体发动机燃速测试方法，包括以下步骤：

步骤1：对超声传感器探头的技术指标参数进行验证，通过空采数据分析超声探头的频率信息，判断该探头是否符合其标定值；若不符合，则调整或更换超声传感器探头；

步骤2：根据固体发动机从壳体至装药的各结构材质，建立样件，通过步骤1验证后的超声传感器探头采集超声波在各个样件中的传播速度；

步骤3：根据步骤1验证后的超声传感器的外形以及拟安装超声传感器的固体发动机壳体位置设计超声传感器的固定工装；

步骤4：将安装有超声传感器的固定工装固定到固体发动机壳体上，其中超声传感器探头与固体发动机壳体表面之间无空气；

步骤5：连接超声传感器的传输线缆，并将线缆用防高温胶带进行保护处理；之后开始试验，试验过程中进行数据采集，并根据采集的固体发动机装药厚度变化过程数据，确定固体发动机燃速。

进一步的，采用频率标称值为0.5Mhz、1Mhz以及2.25Mhz的三种超声传感器探头分别布置在固体发动机壳体外表面的不同位置进行测量。

进一步的，0.5Mhz、1Mhz以及一个2.25Mhz的超声传感器探头沿固体发动机轴向布置，两个2.25Mhz的超声传感器探头沿固体发动机周向布置。

进一步的，采用多个不同频率标称值的超声传感器探头；在数据采集过程中，在试验过程的各个时间段中，截取每个时间段内，厚度测量数据分辨最清晰的超声传感器探头测量结果，拼接得到整个试验过程的固体发动机装药厚度变化过程数据。

进一步的，步骤1中，依据超声传感器探头的标称值，设定采集参数；通过采集设备空采数据，利用采集数据通过傅里叶变化分析其频率特征，判断超声传感器探头的频率是否符合其标定值。