文档介绍：1 绪论
概述
随着当代科学技术的发展,大量高科技不断被运用到武器系统中,推动着兵器工业快速发展。由于具有威力大、射程远等优点,火箭武器在军事上具有非常重要的地位。火箭发动机是火箭武器最重要的组成部分,直接决定着火箭武器的作战性能。因此,在火箭武器的设计过程中,对其火箭发动机进行严格的性能测试是必不可少的。
在火箭武器的飞行中,火箭发动机发生过载是一个比较棘手的问题。发动机过载,将会使固体火箭发动机中装填的固体弹药体碎裂,加速弹药的燃烧,从而影响火箭的有效射程,甚至出现爆炸的事故。为了避免这种情况出现,就需要对固体火箭发动机进行过载试验测试,测量出其所能承受的最大加速度。为了准确快速地测出加速度等参数指标,就需要构建一个性能优良的动态测试系统。本文的主要内容,就是设计出火箭发动机过载试验中的加速度测试仪器,以及其测试软件。
课题背景及意义
固体火箭发动机自身的特点决定了其在目前乃至今后仍是战役战术导弹武器系统的主要动力装置。这些特点主要有:维护简单、使用方便;长期待命、立即发射;启动迅速、利于作战;结构紧凑、便于装载。在当今世界各国,近170种战役战术导弹之中,采用了固体火箭发动机的有138种,占80%以上。由此可以预见,在今后相当长的时间内,固体火箭发动机仍将在导弹动力装置中占据优势地位,弹道导弹仍是固体推进技术的重要应用领域[1]。
固体火箭发动机,还被应用在增程弹药上,例如底排-火箭复合增程技术。底排-火箭增程技术是20世纪90年代发展起来的一种新型增程技术。在底排弹上加装固体火箭发动机,可以使炮弹达到更大的射程。底部排气、火箭助推、低阻力和复合等增程方式,是火炮弹药提高射程的基本手段。世界上发展的大口径炮弹,有很多是采用这种技术增程的。这些增程弹依靠火炮发射时获得较高的初速度,通过弹上的火箭发动机实现续航或增程的目的。
例如比利时的NR265式155mm远程全膛底排弹,射程达40公里,比普通榴弹增程50%;美国研制的105、155和
203mm榴弹炮的火箭增程弹,已成为美国远程弹药的主要弹种;美国为海军研制的一种EX-171式127mm火箭增程弹,其最大射程可达120公里,大大提高了舰船对岸纵深攻击和支援陆地部队作战的能力;近年来,法国也已经成为火箭增程迫击炮弹的佼佼者。为了进一步提高射程,扩大打击范围,法国、美国、俄罗斯、南非等国研制的155mm底排-火箭复合增程弹目前已取得突破性进展。发射这种远程弹,可在地方火炮射程外压制敌方火力,从而获得战争的主动权。如南非的VLAP增程弹,就是使用底排与火箭复合增程技术研制的,。采用这种复合增程技术研制的炮弹,已经由研制阶段走向部队装备使用。在未来的战场上,155mm火炮弹药的射程可达到50~80公里,将大大提高炮兵对敌纵深打击的能力。
固体火箭发动机过载试验,是评价火箭发动机性能指标的重要参考,影响着火箭发动机的整体性能。由于弹药体设计不合理等因素,使得火箭发动机在某一时刻产生的瞬时加速度过大,超出发动机所能承受的范围,便会导致过载现象。在过载试验中,通过测得的加速度及其内部弹药体碎裂情况,即可以判断发动机工作过程中是否发生过载。通过对其弹药柱体进行相关的处理,降低其瞬时加速度,并经过多次过载试验,从而优化火箭发动机的设计,避免其在实际飞行过程中出现过载现象。
国内外发展状况
到目前为止,国内的有关兵工研究所和高校已经进行了相关的研究,但是仍没有研制出比较优良的测试途径。过载试验,已经成为限制固体火箭发动机发展的瓶颈项目。国家有关军事部门积极推动着这方面的发展,即将在南京理工大学航空宇航系立项进行相关研究。国外,已有相关研究人员进行了相关的研究,但是其技术仍然不是很成熟。
2 测试系统总体方案设计
轻气炮试验平台
轻气炮介绍
轻气炮,是指用压缩状态下的轻质气体(氢气或氦气)为发射工质,驱动试验弹丸在膛内加速,并使弹丸在炮口处获得所需的高速实验用炮。根据实验所用的弹丸质量及所需的撞击速度决定驱动气体的种类和压力。发射时将注入气室内的压缩气体进行可控的突然释放,把弹丸推出炮膛,进入靶室撞击靶。
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气炮结构示意图
二级轻气炮实物图
具体应用办法
一般的轻气炮是用来发射弹丸,弹丸在发射管中进行加速,达到预定加速度时便飞出发射管,最终射向某个目标。与一般的轻气炮不同,这里的轻气炮其发射管较长,且在发射管中前段位置存在很多排气减压孔,发射管的尾端装有可打开的密封塞,其目的是给高速飞行的火箭发动机减速,待试验完成后方便取出而不会导致损坏。在整个