固体火箭发动机设计：地面点火试验的过程与组织

2023-08-02 理论教育版权反馈

【摘要】：固体火箭发动机地面点火试验的过程可按时间顺序和工作性质分为试验准备、点火试验、试后现场处理、试验结果处理4个阶段。为保证试验过程顺利、测试结果准确可靠，在发动机转运到试车台上就位后需要对发动机进行安装与调整。通常试验结果的分析与评定主要包括发动机性能和材料性能两方面。其中燃烧室压力和发动机推力是发动机试验中测量的最主要参数，通过对这两个测量结果进行处理，可得到表征发动机工作性能的特性参数。

固体火箭发动机地面点火试验的过程可按时间顺序和工作性质分为试验准备、点火试验、试后现场处理、试验结果处理4个阶段。

（一）试验准备阶段

试验准备阶段是试验任务书提出到发动机转运到试验台前这一个时期的工作。试验准备阶段的工作内容因发动机型号和对试验的要求不同而异。对于新型发动机和对测试有特殊要求的发动机，在准备阶段需要进行试验安全性评估、试验现场准备、试验工装的设计与加工、测试仪器的配置与调试等。对于常规的发动机地面点火试验，通常要完成以下工作：

（1）根据试验任务书制定试验实施细则。

（2）试车台准备、试验工装安装和必要的性能调试。

（3）点火控制与测试流程编制，测试设备性能调试。

（4）对试车台各分系统进行性能检查。

（5）发动机试验前与试验台对接试装。

（6）进行各项工艺技术准备，如编制工艺文件、绘制工艺图等。

（二）点火试验阶段

通常把发动机进入试验台到发动机点火工作完毕这一工作过程叫作点火试验阶段（简称试验阶段），这一阶段的工作程序如下：

·发动机转运与安装调试；

·传感器的校准与测试系统功能检查；

·发动机点火与参数测量。

这一阶段的工作特点是环节紧凑、程序分明，每一环节都直接关系到试验的成败，因此对每项工作都有比较严格的技术要求。

1.发动机转运与安装调试

发动机试验前需要将被试发动机从贮存间/保温间平稳、安全、可靠地转运到试车架上就位。在这个过程中，必须采用性能可靠的吊具、合理的吊装方法和转运车辆，尽量减少转运过程对发动机结构的影响，减少发动机变形。

为保证试验过程顺利、测试结果准确可靠，在发动机转运到试车台上就位后需要对发动机进行安装与调整。相关工作包括发动机与动架之间的固定，过渡架、测力组件、校准组件以及发动机位置的调整，确保发动机轴线、测力组件轴线和承力墩的承力面相垂直，减少安装对测试过程带来附加误差影响。

2.传感器的校准与测试系统功能检查

如前所述，在发动机点火之前要对传感器进行预检和校准、对测试系统进行功能和性能检查。主要工作包括点火控制程序的检查，高精度试验时还要进行原位校准。校准检查完毕后发动机的安装状态不再变动，在此过程中如有调整，调整后则要重新进行校准和检查。

3.发动机点火与参数测量

发动机点火前要对各项准备工作进行充分准备和检验，要求点火电线的连接、合闸、启动等项操作都必须准确无误。参数测量类型及其测量路数根据试验任务书确定，在实际测量时，对主要参数（如推力、压强等）的获得率及其测量精度要重点加以保证。

（三）试后现场处理

在试验结束后，还需要对发动机、试验设备和测试系统进行必要的处理，以便于后续对试验结果进行分析评定，这一阶段通常要完成下述各项工作。

1.发动机冷却

对于大多数试验（高模试验除外），在发动机工作结束后要及时用冷却剂对燃烧室内腔和喷管外部进行冷却，冷却的目的是终止残余燃烧，保护绝热层和喷管，以利于分析这些部件结构材料的工作性能。常用的冷却剂有水、二氧化碳和氮气等。

2.测试系统的检查

测试系统检查是对各参数测量系统的工作情况进行检查、对测量系统进行必要的校准，并与试验前检测状态进行对比。可在测量数据出现失真时，为判定失真的原因、提出解决办法提供原始的一手数据。

3.发动机处理

发动机试验结束后要根据试验任务要求对发动机试后残骸进行处理，主要包括：发动机分解，卸下喷管、封头和点火器等部件；对发动机壳体和主要部件进行称量；测量喷管喉径和出口面直径。

4.试验设备处理

对试车架、传感器等主要设备的完整性和技术状态进行检查，对台架进行清洁、保养，有助于试验结果的分析评定，同时为下一次试验做好准备。

（四）试验结果处理

1.试验结果的分析与评定

根据发动机的地面点火试验后发动机的状态、发动机正常工作的时间历程、试验结束后部件的完整性、测试数据的完整性等表征，并根据试验任务书的相关要求对试验进行判定，评定试验成败以及工作性能的优劣。

通常试验结果的分析与评定主要包括发动机性能和材料性能两方面。发动机性能参数是通过对燃烧室压力、发动机推力、表面温度等测试数据的处理而得到。其中燃烧室压力和发动机推力是发动机试验中测量的最主要参数，通过对这两个测量结果进行处理，可得到表征发动机工作性能的特性参数。从考核结构材料工作性能的角度出发，要对喷喉直径、外壁面温度等测量，必要时要进行壳体解剖以考核发动机的热结构性能、热层材料的抗烧蚀性能以及绝热层与壳体材料间的粘结强度等。

2.试验报告的编写

发动机试验结束后要根据任务书要求编写试验报告，试验报告包括下列内容：

（1）试验时间；

（2）试验类型与试车台位；

（3）发动机代号及其有关参数；

（4）试验的环境条件，如温度、压力、湿度等；

（5）试验测得的原始数据；

（6）数据处理方法及处理后得到的特征值；

（7）试验与处理结果的评估。