面向贮存可靠性提升的固体发动机装药位移测量装置与方法

本技术一般涉及固体动力，具体涉及面向贮存可靠性提升的固体发动机装药位移测量装置与方法。

背景技术：

1、固体发动机作为导弹、运载火箭等航天飞行器的动力核心，其工作可靠性直接关系到武器系统作战效能与飞行任务成败，而固体推进剂装药作为发动机关键部件，在数年甚至数十年的长期立式贮存过程中，受自身重力、环境温度周期性变化及湿度波动等多因素耦合作用，易发生径向扩张、轴向下沉等变形，导致内孔尺寸偏离设计状态，进而影响发动机内弹道特性，甚至诱发点火瞬间结构失效，因此对装药变形开展周期性、高精度监测是评估发动机服役寿命与可靠性的核心需求。

2、现有固体发动机装药变形检测中所使用的装药位移测量方式主要是人工测量方式、图像监测方式和应变片测量方式。人工直接测量依赖操作经验，主观误差大、效率低，且接触式测量易污染、划伤药柱表面，在易燃易爆环境中存在安全风险；基于数字图像的监测方法难以建立统一测量基准，数据对齐困难，受算法与环境影响大，长期稳定性不足；基于应变片的测量方法易因粘接性能衰减导致应变片脱落，且粘接材料可能污染装药，对长径比较大的发动机安装受限，难以满足非接触、高精度、长期稳定及多测点同步监测的实际工程需求。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种面向贮存可靠性提升的固体发动机装药位移测量装置与方法，为长期贮存发动机可靠性提升提供位移时序测量数据。

2、第一方面，本技术提供面向贮存可靠性提升的固体发动机装药位移测量装置，所述固体发动机装药包括一体成型的药柱内壁面和药柱台阶面；所述测量装置包括：

3、支撑单元，所述支撑单元包括用于安装在所述固体发动机装药的前封头与后封头之间的导轨；

4、测量单元，所述测量单元包括与所述导轨滑动连接的第一激光测量模块、第二激光测量模块、所述第三激光测量模块和成像模块，所述第一激光测量模块、第三激光测量模块和所述成像模块配合使用，所述第一激光测量模块对应所述药柱台阶面设置，用于监测药柱台阶面的径向位移数据，所述第一激光测量模块的出光端与所述成像模块的接收端对应设置，且所述第一激光测量模块发射的激光与所述固体发动机装药的中心轴线平行设置，当所述成像模块检测到所述第一激光测量模块的激光光斑未照射到药柱台阶面时，向所述第一激光测量模块施加外力，使其沿所述导轨移动，直至所述成像模块检测到所述第一激光测量模块的激光光斑照射到药柱台阶面，所述第三激光测量模块用于将所述第一激光测量模块沿所述导轨移动的距离记录，并以该距离表征药柱台阶面的轴向位移；所述第二激光测量模块发射的激光束沿装药径向垂直照射药柱内壁面，用于测量药柱内壁面的径向位移。

5、根据本技术提供的技术方案，所述支撑单元还包括：

6、前封头紧固件和后封头紧固件，二者分别设置在所述导轨的两端；所述前封头紧固件和所述后封头紧固件分别用于与所述固体发动机装药的前封头、后封头相连接。

7、根据本技术提供的技术方案，所述前封头紧固件和所述后封头紧固件的纵截面均为环形形状；所述前封头紧固件的内圈以及所述后封头紧固件的内圈均设置有限位块；

8、所述导轨的底部设置有沿其轴线方向布置的限位槽，所述限位槽与所述限位块滑动连接。

9、根据本技术提供的技术方案，所述导轨一端设置有连接块，其另一端设置有方形槽，所述方形槽的延伸方向与所述固体发动机装药的中心轴线平行设置；

10、所述前封头紧固件的内圈设置有阶梯槽，所述后封头紧固件的内圈设置有沉孔；

11、当所述限位槽沿所述限位块滑动至所述阶梯槽与所述连接块相抵接时，通过螺栓将所述连接块与所述阶梯槽相连接，并且通过螺栓将所述方形槽与所述沉孔相连接。

12、根据本技术提供的技术方案，所述支撑单元还包括：

13、第一支架、第二支架、第三支架以及第四支架，所述第一支架、第二支架、第三支架以及第四支架均与所述导轨滑动连接，所述第一支架用于安装所述第一激光测量模块，所述第二支架用于安装所述第二激光测量模块，所述第三支架用于安装所述成像模块，所述第四支架用于安装所述第三激光测量模块。

14、根据本技术提供的技术方案，所述第一支架通过第一滑块与所述导轨滑动连接；

15、所述第一滑块的侧壁设置有环状结构，且所述环状结构内贯穿有绳索；当所述成像模块检测到所述第一激光测量模块的激光光斑未照射到药柱内壁面时，通过所述绳索带动所述第一滑块沿导轨移动，以使所述第一激光测量模块沿所述导轨移动，直至所述成像模块检测到所述第一激光测量模块的激光光斑照射至药柱台阶面。

16、根据本技术提供的技术方案，所述第二支架、第三支架和第四支架分别通过第二滑块与所述导轨滑动连接；

17、当所述第二支架、第三支架和第四支架移动至所需位置时，通过螺栓固定住所述第二滑块与所述导轨的相对位置。

18、第二方面，本技术提供面向贮存可靠性提升的固体发动机装药位移测量方法，基于上述的面向贮存可靠性提升的固体发动机装药位移测量装置实现，所述方法包括以下步骤：

19、将所述第一激光测量模块安装于第一支架上，所述第二激光测量模块安装于第二支架上，所述成像模块安装于第三支架上，所述第三激光测量模块安装于第四支架上，并将所述第一支架、所述第二支架、所述第三支架以及所述第四支架依次安装于所述导轨上，完成测量装置的组装；

20、将组装完成的所述测量装置安装于标准平整基准平台上进行初始校准，至少包括对所述第一激光测量模块、所述第二激光测量模块和所述第三激光测量模块进行零位校准，以及对所述成像模块进行视角校准；

21、将完成校准的所述测量装置通过所述前封头紧固件和所述后封头紧固件分别与固体发动机装药的前封头、后封头连接固定，并将所述测量装置沿轴向推入固体发动机装药内孔至预设测量工位；

22、利用成像模块检测第一激光测量模块的激光光斑，若成像模块检测到第一激光测量模块的激光光斑未照射到药柱台阶面，则通过外力推动第一激光测量模块沿所述导轨移动，直至成像模块重新检测到激光光斑照射到药柱台阶面，第三激光测量模块将所述第一激光测量模块沿所述导轨移动的距离记录，并以该距离表征药柱台阶面的轴向位移；同时，利用第二激光测量模块采集药柱内壁面的径向位移数据。

23、根据本技术提供的技术方案，利用第二激光测量模块采集药柱内壁面的径向位移数据，具体包括以下步骤：

24、利用所述第二激光测量模块发射的激光束垂直入射至药柱内壁面，将装置校准完成后药柱内壁面未发生形变时的初始间距作为初始基准距离，将数据检测过程中所述第二激光测量模块与所述药柱内壁面的实时间距作为实时测量数据；

25、将所述实时测量数据与所述初始基准距离之间的间距变化量作为所述药柱内壁面的径向位移数据。

26、由上述技术方案可知，本技术至少具有如下有益效果：

27、本技术提供面向贮存可靠性提升的固体发动机装药位移测量装置，包括：支撑单元，支撑单元包括用于安装在固体发动机装药的前封头与后封头之间的导轨；测量单元，测量单元包括与导轨滑动连接的第一激光测量模块、第二激光测量模块、第三激光测量模块和成像模块，第一激光测量模块、第三激光测量模块和成像模块配合使用，第一激光测量模块对应药柱台阶面设置，第一激光测量模块的出光端与成像模块的接收端对应设置，且第一激光测量模块发射的激光与固体发动机装药的中心轴线平行设置，当成像模块检测到第一激光测量模块的激光光斑未照射药柱台阶面时，向第一激光测量模块施加外力，使其沿导轨移动，直至成像模块检测到第一激光测量模块的激光光斑照射到药柱台阶面，第三激光测量模块将第一激光测量模块沿导轨移动的距离记录，并以该距离表征药柱台阶面的轴向位移；第二激光测量模块发射的激光束沿装药径向垂直照射药柱内壁面，用于测量药柱内壁面的径向位移。

28、本技术通过设置连接固体发动机的前、后封头的导轨作为支撑基础，搭配第一激光测量模块、第三激光测量模块与成像模块配合测量药柱台阶面轴向位移、第二激光测量模块独立测量药柱内壁面径向位移的组合测量模式，且各模块均与导轨滑动连接，能够根据需求灵活调整至装药不同轴向截面的测量点，实现多测点同步的数据采集，提升装药位移测量的整体效率；同时成像模块可实时监测激光光斑状态，当检测到光斑未照射到药柱台阶面时通过外力移动第一激光测量模块直至重新对准，第三激光测量模型将移动距离记录，并以该距离表征药柱台阶面的轴向位移，并且，激光测量的非接触式检测方式，测量光束与装药表面无物理接触，既规避了传统接触式测量对药柱表面造成的污染、划伤问题，也极大降低了易燃易爆环境下接触操作的安全隐患，整体装置结构设计合理，实现多测点同步的数据采集，为长期贮存发动机可靠性提升提供位移时序测量数据。