一种固体推进剂固化方坯内温度场的测试装置及测试方法与流程

1.本发明涉及固体推进剂温度场监测技术领域，尤其是一种固体推进剂固化方坯内温度场的测试装置及测试方法。


背景技术：

2.在固体推进剂固化过程中温度场的监测领域，有关固体推进剂温度场监测的手段往往是整个测试过程重点关注的问题之一。目前，为了获得固体推进剂固化过程中的温度场，最普遍的方式之一就是基于多热电偶法的固体推进剂燃烧室动态温度场测试。除此之外，还有红外辐射测温以及ccd图像比色测温等燃烧温度测温的方式。热电偶测温过程中会产生一定的误差，且采集的数据点是有限的，不能比较全面地反映出方坯中固体推进剂固化过程中整个温度场的分布情况。以上的监测手段或多或少地表现出在监测结果的全面性、实时性、有效性以及精准性上略有缺陷，使得固体推进剂固化过程中的温度场分布情况信息不足。


技术实现要素：

3.针对上述技术问题，本发明提出了一种固体推进剂固化方坯内温度场的测试装置及测试方法，该测试装置控制灵活，监测精度高，采用单模光纤进行温度监测，可以更加全面获得推进剂固化过程中不同空间位置处的温度信号，具有连续采集和采集信息广的监测特点。
4.一种固体推进剂固化方坯内温度场的测试装置，包括方坯、牛皮纸盒、不锈钢套管及单模光纤，所述方坯一面开口，所述牛皮纸盒与方坯形状相同，牛皮纸盒从方坯的开口端放入，牛皮纸盒的各个面紧贴方坯内壁设置，所述不锈钢套管设置在牛皮纸盒内，不锈钢套管的两端伸出方坯的开口一段距离，所述不锈钢套管在牛皮纸盒内进行折弯，包括平行于方坯开口端面的多组水平管段，所述水平管段与方坯横截面的对角线重合，所述单模光纤从不锈钢套管的一端穿入，另一端穿出，单模光纤与不锈钢套管间隙设置，单模光纤的两端分别连接温度解调仪的输入端口和输出端口。
5.作为上述技术方案的优选，所述不锈钢套管包括结构相同的钢管一和钢管二，所述钢管一和钢管二交叉设置，分别用于定位支撑牛皮纸盒的一组对角，所述单模光纤依次穿过钢管一和钢管二。
6.作为上述技术方案的优选，所述不锈钢套管采用不锈钢毛细管，方便折弯定型。
7.作为上述技术方案的优选，多组所述水平管段均匀设置。
8.一种采用上述任意一项测试装置的固体推进剂方坯内温度场的测试方法，其特征在于：具体测试步骤为：
9.步骤一，将分布式光纤测试装置置于固体推进剂的浇筑缸内；
10.步骤二，往牛皮纸盒内浇筑固体推进剂，在浇筑过程中通过仪器仪表观察浇筑缸内的温度变化和牛皮纸盒内固体推进剂的真空度，确保浇筑质量；
11.步骤三，将方坯转运至恒温加热房中，在加热之前，将单模光纤的两端通过分布式光纤与温度解调仪的输入端口和输出端口连接；
12.步骤四，恒温加热房开始加热，测量单模光纤全长温度分布数据，根据单模光纤与方坯的空间位置对应关系，将单模光纤的温度分布数据映射为方坯的空间温度数据，即可以获取方坯内空间温度场数据。
13.作为上述技术方案的优选，在步骤四中，映射方法采用冷水标定法，将单模光纤浸没于冷水中，在单模光纤的温度信号中找到低温点，低温点作为参考点，以参考点为基准，测量单模光纤与方坯的空间对应位置，完成单模光纤与方坯的空间位置映射。
14.本发明的有益效果在于：
15.1、可控性高，框架设计自主可控，推进剂横截面监测位置自由。
16.2、覆盖范围广，分布式光纤监测具有连续、采集信息广等监测的特点，可以更加全面获得推进剂固化过程中不同空间位置处的温度信号。
17.3、精准性高，不锈钢毛细管与光纤间隙设置，采用松套设计，排除了固化过程应力的影响，提高了监测不同空间位置处温度场分布情况的准确性。
18.4、动态实时性好，可以实时地反映温度场的分布。
附图说明
19.图1为本发明的结构示意图。
20.附图标记如下：1-方坯、2-牛皮纸盒、3-不锈钢套管、301-钢管一、302-钢管二、4-单模光纤、5-水平管段。
具体实施方式
21.下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.如图1所述的一种固体推进剂固化方坯内温度场的测试装置，包括方坯1、牛皮纸盒2、不锈钢套管3及单模光纤4，所述方坯1一面开口，所述牛皮纸盒2与方坯1形状相同，牛皮纸盒2从方坯1的开口端放入，牛皮纸盒2的各个面紧贴方坯1内壁设置，所述不锈钢套管3设置在牛皮纸盒2内，不锈钢套管3的两端伸出方坯1的开口一段距离，所述不锈钢套管3在牛皮纸盒2内进行折弯，包括平行于方坯1开口端面的多组水平管段5，所述水平管段5与方坯1横截面的对角线重合，所述单模光纤4从不锈钢套管3的一端穿入，另一端穿出，单模光纤4与不锈钢套管3间隙设置，单模光纤4的两端分别连接温度解调仪的输入端口和输出端口。
23.在本实施例中，所述不锈钢套管3包括结构相同的钢管一301和钢管二302，所述钢管一301和钢管二302交叉设置，分别用于定位支撑牛皮纸盒2的一组对角，所述单模光纤4依次穿过钢管一301和钢管二302。
24.在本实施例中，所述不锈钢套管3采用不锈钢毛细管，方便折弯定型。
25.在本实施例中，多组所述水平管段5均匀设置。水平管段5的位置还可以根据监测需要进行设置。
26.其中，方坯1作为固体推进剂的载体，起到对推进剂固化之后的塑形作用，牛皮纸盒2隔绝了方坯1与固体推进剂，防止两者直接接触，不锈钢毛细管具有一定的刚性以及可塑性，单模光纤4贯穿在不锈钢毛细管内，通过精准的定型操作可以塑造不同空间位置处的监测横截面，单模光纤4与不锈钢毛细管之间处于松套状态，外部应力将无法作用在管内的单模光纤4上。
27.不锈钢毛细管选用外径为1mm,壁厚为0.2mm，总长度为2m的304不锈钢管，单模光纤4选用外径为0.125mm规格的普通光纤，将单模光纤4从不锈钢毛细管的一端处穿入，并将其从另一端处穿出，并且在端口的两侧均留有一定长度的单模光纤4，目的是为了便于后期接入温度解调仪。方坯1的尺寸：长为100mm,宽为50mm，深度为565mm，且有一侧面板可以被拆卸或重新安装。根据方坯1的尺寸大小，将内部穿有单模光纤4的不锈钢毛细管通过一定的弯折角度进行不同方向的弯折，从而满足不同空间位置处温度场的监测需要。
28.在固体推进剂浇筑到方坯1内部之前，将穿好单模光纤4的不锈钢套管3放入牛皮纸盒2内，不锈钢套管3最低端的水平管段5与牛皮纸盒2的底层紧密地贴合在一起，不锈钢套管3将牛皮纸盒2完全支撑开来，便于后期固体推进剂的浇筑。紧接着，将牛皮纸盒2沿着方坯1开口的一侧放进方坯1中，即完成了固体推进剂浇筑前的准备工作。
29.一种采用上述任意一项测试装置的固体推进剂方坯内温度场的测试方法，其特征在于：具体测试步骤为：
30.步骤一，将分布式光纤测试装置置于固体推进剂的浇筑缸内；
31.步骤二，往牛皮纸盒2内浇筑固体推进剂，在浇筑过程中通过仪器仪表观察浇筑缸内的温度变化和牛皮纸盒2内固体推进剂的真空度，确保浇筑质量；
32.步骤三，将方坯1转运至恒温加热房中，在加热之前，将单模光纤4的两端通过分布式光纤与温度解调仪的输入端口和输出端口连接；
33.步骤四，恒温加热房开始加热，测量单模光纤4全长温度分布数据，根据单模光纤4与方坯1的空间位置对应关系，将单模光纤4的温度分布数据映射为方坯1的空间温度数据，即可以获取方坯1内空间温度场数据。
34.作为上述技术方案的优选，在步骤四中，映射方法采用冷水标定法，将单模光纤4浸没于冷水中，在单模光纤4的温度信号中找到低温点，低温点作为参考点，以参考点为基准，测量单模光纤4与方坯1的空间对应位置，完成单模光纤4与方坯1的空间位置映射。
35.具体的，温度解调仪采用基于分布式光纤布里渊散射原理的高空间分辨率botda，通过运行分布式温度解调仪botda以及配套的界面展示算法，就可以实现对固体推进剂在固化过程中温度场的动态实时监测。
36.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。