固液发动机燃料热解速率测量装置以及测量方法

1.本技术涉及航空航天技术领域，尤其是涉及一种固液发动机燃料热解速率测量装置以及测量方法。


背景技术：

2.在航空领域，固液发动机燃料的热解速率指的是固体燃料表面的燃面退移速率，固液火箭发动机中，燃料的表面退移速率主要与表面热分解温度相关。燃料表面退移速率常用阿累尼乌斯公式的热解速率模型给出，如下：
[0003][0004]
式中，r是退移速率，也就是待测定的热解速率，单位为mm/s；a是指前因子，单位为mm/s；e是燃料表观活化能，单位为j/mol；r是摩尔气体常量，约为8.3144j/(mol
·
k)；t是热力学温度，单位为k；该公式已在固液发动机的燃面退移速率中得到广泛应用，现关键在于如何通过试验获取燃料表面的温度与退移速率的关系，即通过大量试验数据拟合获取a和e的数值。
[0005]
现有的，一般使用高频电感加热器或电阻式加热线圈的方式进行热板或铜棒的加热。在热解过程中，铜棒随着其所接触的燃料燃面的变化不断移动，使得铜棒始终与燃料表面保持接触，铜棒的运动由其所在伺服管的两侧压力差和自身重力所控制。需要提前将伺服管一侧抽真空，并在需要放下铜棒时将该真空环境与大气相连，铜棒由自身重力下落移动，与燃料药条接触。该方法为了保证预热铜棒与燃料贴紧，利用大气压力和重力实现加热铜棒的下落和贴实；然而该方法：为控制铜棒下移且贴近燃料表面，驱动装置复杂，不易控制。
[0006]
因此，亟需一种固液发动机燃料热解速率测量装置以及测量方法，在一定程度上以解决现有技术中存在的技术问题。


技术实现要素：

[0007]
本技术的目的在于提供一种固液发动机燃料热解速率测量装置以及测量方法，以在一定程度上解决现有技术中用于控制铜棒下移的驱动装置复杂，不易控制的技术问题。
[0008]
本技术提供了一种固液发动机燃料热解速率测量装置，用于测量燃料棒的热解速率，包括驱动组件、加热组件以及温度测量组件；
[0009]
所述驱动组件包括伺服电机以及与所述伺服电机连接的电动缸缸体；所述加热组件具有加热部以及供热部；所述温度测量组件具有测量部；
[0010]
所述供热部向所述加热部供热，所述加热部用于加热所述燃料棒；所述测量部检测所述燃料棒的温度并根据所述温度能够控制所述供热部；
[0011]
所述伺服电机的输出轴穿过所述电动缸缸体与所述加热部连接，且所述伺服电机的输出轴能够驱动所述加热部沿第一方向运动以使所述加热部贴合于所述燃料棒。
[0012]
在上述技术方案中，进一步地，所述驱动组件包括伺服电机以及与所述伺服电机
连接的电动缸缸体；
[0013]
所述伺服电机的输出轴作为所述驱动部穿过所述电动缸缸体与所述加热部连接。
[0014]
在上述技术方案中，进一步地，所述加热组件包括用于作为所述加热部的加热棒、用于作为所述供热部的加热螺旋管以及透红外光学玻璃；
[0015]
所述透红外光学玻璃具有第一安装腔，所述燃料棒的一端与所述透红外光学玻璃连接且另一端内置于所述第一安装腔；
[0016]
所述加热棒内置于所述第一安装腔且与所述电动缸缸体的输出轴连接，所述加热螺旋管套设于所述透红外光学玻璃并用以加热所述加热棒；所述加热棒能够加热所述燃料棒；
[0017]
所述电动缸缸体的输出轴能够驱动所述加热棒在所述第一安装腔内沿所述第一方向运动以使所述加热棒贴合于所述燃料棒。
[0018]
在上述技术方案中，进一步地，所述加热组件还包括绝热棒；
[0019]
所述绝热棒设置于所述伺服电机的输出轴与所述加热棒之间，所述绝热棒用于阻断所述加热棒向所述伺服电机的输出轴传递热量。
[0020]
在上述技术方案中，进一步地，所述加热组件还包括固定构件；
[0021]
所述固定构件包括快插接头以及固定件；
[0022]
所述快插接头插设置所述透红外光学玻璃的一端；
[0023]
所述燃料棒通过所述固定件固定于所述快插接头上。
[0024]
在上述技术方案中，进一步地，所述温度测量组件包括作为所述测量部的红外温度传感器以及控制器；
[0025]
所述红外温度传感器设置于所述透红外光学玻璃的外侧；
[0026]
所述控制器分别与所述红外温度传感器和所述加热螺旋通信连接；
[0027]
所述红外温度传感器能够检测所述加热棒的温度，并将所述温度反馈给所述控制器，所述控制器根据所述温度调控所述加热螺旋管向所述加热棒发出的所述温度。
[0028]
在上述技术方案中，进一步地，还包括吹除组件，所述吹除组件包括氮气供给构件以及氮气输出组件；
[0029]
所述氮气供给构件设置于所述电动缸缸体与所述透红外光学玻璃之间；所述氮气供给构件具有第二安装腔，所述绝热棒穿过所述第二安装腔与所述加热棒连接；
[0030]
所述燃料棒与所述第一安装腔之间形成有第一间隙，所述绝热棒与所述第二安装腔之间形成有第二间隙，所述第一间隙与所述第二间隙连通，以使氮气保护燃料棒的燃烧；
[0031]
所述氮气输出组件固定于所述快插接头，能够导出所述燃料棒燃烧产生的气体。
[0032]
在上述技术方案中，进一步地，所述吹除组件还包括辅助构件；
[0033]
所述辅助构件固定于所述电动缸缸体与所述氮气供给构件之间。
[0034]
在上述技术方案中，进一步地，还包括支撑构件；所述支撑构件包括横向支撑板以及竖向支撑板；
[0035]
所述横向支撑板上固定所述伺服电机；
[0036]
所述竖向支撑板上沿所述第一方向依次排布有所述吹除组件以及所述加热组件。
[0037]
在上述技术方案中，进一步地，所述连接块与所述加热棒之间、所述连接块与所述氮气输入接头之间、所述氮气出口接头与所述加热棒之间、所述氮气出口接头与透红外光
学玻璃之间、所述快插接头与透红外光学玻璃之间以及所述快插接头与氮气出口接头之间均设置有密封圈。
[0038]
本技术还提供一种固液发动机燃料热解速率测量方法，基于上述的固液发动机燃料热解速率测量装置，包括以下步骤：
[0039]
安装步骤：垂直于地面安装所述加热棒；
[0040]
校准步骤：利用贴片式温度传感器校准所述红外温度传感器；
[0041]
检查步骤；检查固体燃料热解速率测量装置的气密性；当气密性检查无误时，通入向所述第一间隙和所述第二间隙通入氮气；
[0042]
预热步骤：对所述加热棒预热，直至所述加热棒达到设定稳定，预热完毕；
[0043]
启动所述驱动组件：以力矩模式启动所述伺服电机，所述固体燃料棒开始热解：所述伺服电机带动所述加热棒沿所述第一方向方向运动以使所述加热棒紧贴所述固体燃料棒的表面；
[0044]
设定步骤：设定所述固体燃料棒的燃面退移距离：实时读取所述伺服电机的编码器的脉冲数，并将所述脉冲数转换为距离；
[0045]
读取步骤：读取固体燃料棒的热解时间，求解设定温度下的退移速率；
[0046]
重复试验步骤：获取下一个设定温度下的所述固体燃料棒的燃面退移速率；
[0047]
试验结束步骤：处理数据，获取所有设定温度下的所述固体燃料棒的燃面退移速率之后，实验结束。对于试验的同种所述固体燃料棒，得到不同加热温度下的热解速率，即(t0，r0)、(t1，r1)、(t2，r2)
…
(tn，rn)，利用燃料热解速率的求解公式拟合数据求得a和e的数值。
[0048]
与现有技术相比，本技术的有益效果为：
[0049]
本技术一种固液发动机燃料热解速率测量装置，用于测量燃料棒的热解速率，包括驱动组件、加热组件以及温度测量组件；
[0050]
所述驱动组件具有驱动部；所述加热组件具有加热部以及供热部；所述温度测量组件具有测量部；
[0051]
所述驱动部与所述加热部连接，所述加热部与所述燃料棒的表面贴合，所述供热部向所述加热部供热，所述加热部用于加热所述燃料棒；所述测量部检测所述燃料棒的温度并根据所述温度控制所述供热部；
[0052]
当所述燃料棒燃烧时，所述驱动部驱动所述加热部沿第一方向运动以使所述加热部贴合于所述燃料棒。
[0053]
具体地，驱动组件包括伺服电机以及与所述伺服电机连接的电动缸缸体；所述伺服电机的输出轴作为所述驱动部穿过所述电动缸缸体与所述加热部连接。
[0054]
综上，一方面使用伺服电机的扭矩模式，输出一定扭矩，转为一定推力，驱动加热棒贴近燃料棒的燃面，燃料棒的燃面表面贴紧压力可控，驱动方式简单可靠。另一方面，利用伺服电机后置的编码器，可以实时监测燃料棒的燃面的退移速率。当燃料棒的燃面退移，伺服电机会旋转相应角度，驱动加热棒前进，继续贴紧燃料棒的燃面，直至贴紧压力达到设定扭矩。伺服电机旋转的相应角度，会被编码器实时记录并产生对应脉冲数，通过脉冲数的频率和数量可以实时获取各个时刻的燃料棒的燃面退移速率和总退移量。
[0055]
本技术提供一种固液发动机燃料热解速率测量方法，基于上述的固液发动机燃料热解速率测量装置，包括以下步骤：
[0056]
安装步骤：垂直于地面安装所述加热棒；
[0057]
校准步骤：利用贴片式温度传感器校准所述红外温度传感器；
[0058]
检查步骤；检查固体燃料热解速率测量装置的气密性；当气密性检查无误时，通入向所述第一间隙和所述第二间隙通入氮气；
[0059]
预热步骤：对所述加热棒预热，直至所述加热棒达到设定稳定，预热完毕；
[0060]
启动所述驱动组件：以力矩模式启动所述伺服电机，所述固体燃料棒开始热解：所述伺服电机带动所述加热棒沿所述第一方向方向运动以使所述加热棒紧贴所述固体燃料棒的表面；
[0061]
设定步骤：设定所述固体燃料棒的燃面退移距离：实时读取所述伺服电机的编码器的脉冲数，并将所述脉冲数转换为距离；
[0062]
读取步骤：读取固体燃料棒的热解时间，求解设定温度下的退移速率；
[0063]
重复试验步骤：获取下一个设定温度下的所述固体燃料棒的燃面退移速率；
[0064]
试验结束步骤：处理数据，获取所有设定温度下的所述固体燃料棒的燃面退移速率之后，实验结束。对于试验的同种所述固体燃料棒，得到不同加热温度下的热解速率，即(t0，r0)、(t1，r1)、(t2，r2)
…
(tn，rn)，利用燃料热解速率的求解公式拟合数据求得a和e的数值。
[0065]
具体地，利用温度反馈实现高频加热螺线管的功率控制，实现加热铜棒的恒温保持。使用带温度闭环控制的高频加热螺线管加热加热铜棒至试验目标温度并保持，在氮气吹除环境中使恒温加热铜棒接触并加热固体燃料棒。使用编码器实时监测退移速率；使用伺服电机的扭矩模式输出恒定扭矩，使得加热铜棒实时贴紧固体燃料棒的表面。
附图说明
[0066]
为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0067]
图1为本技术实施例一提供的固液发动机燃料热解速率测量装置的结构示意图；
[0068]
图2为本技术实施例一提供的固液发动机燃料热解速率测量装置的剖视图。
[0069]
附图标记：
[0070]
12-固体燃料棒；13-第一方向；14-伺服电机；15-电动缸缸体；16-伺服电机的输出轴；18-加热铜棒；19-高频加热螺线管；20-透红外光学玻璃；21-陶瓷绝热棒；22-快插接头；23-固定螺栓；24-红外温度传感器；25-连接块；27-横向支撑板；28-竖向支撑板；29-氮气输入接头；30-氮气出口接头；31-密封圈。
具体实施方式
[0071]
下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0072]
通常在此处附图中描述和显示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。
[0073]
基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0074]
在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0075]
在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0076]
实施例一
[0077]
下面参照图1至图2描述所述的固液发动机燃料热解速率测量装置。
[0078]
本技术提供一种固液发动机燃料热解速率测量装置，用于测量燃料棒的热解速率，包括驱动组件、加热组件以及温度测量组件；
[0079]
所述驱动组件具有驱动部；所述加热组件具有加热部以及供热部；所述温度测量组件具有测量部；
[0080]
所述驱动部与所述加热部连接，所述加热部与所述燃料棒的表面贴合，所述供热部向所述加热部供热，所述加热部用于加热所述燃料棒；所述测量部检测所述燃料棒的温度并根据所述温度控制所述供热部；
[0081]
当所述燃料棒燃烧时，所述驱动部驱动所述加热部沿第一方向13运动以使所述加热部贴合于所述燃料棒。
[0082]
具体地，所述驱动组件包括伺服电机14以及与所述伺服电机14连接的电动缸缸体15；
[0083]
所述伺服电机的输出轴16作为所述驱动部穿过所述电动缸缸体15与所述加热部连接。
[0084]
具体地，在使用过程中，将所述伺服电机14设定为扭矩模式，并对所述伺服电机14设定预设扭矩；当伺服电机14的扭矩低于预设扭矩时，伺服电机14就会以设定的转速持续正向转动，驱动加热部(这里面的加热部为加热棒，在下文有赘述)向前移动(这里面的向前移动为沿第一方向13移动，也就是沿竖直向上的方向移动)。更具体地，当加热棒贴覆于(仅仅贴实)固体燃料棒12，伺服电机14因扭矩大于预设扭矩从而停转。当固体燃料棒12的表面开始热解，固体燃料棒12的长度逐渐变短，伺服电机14受到的负载扭矩低于预设扭矩，伺服电机14正转，加热棒持续向前移动，一直保持贴实固体燃料棒12，直至电机负载扭矩大于等于预设扭矩。
[0085]
更具体地，所述伺服电机14内的编码器能够实时监测加热棒的位移速率和位移量。伺服电机14的编码器还能够监测伺服电机14转动的角度，伺服电机14转动的角度转化为加热棒的位移，即固体燃料棒12的表面退移，即燃料的退移速率。编码器发生的脉冲频率对应退移速率，脉冲总数对应退移距离。
[0086]
优选地，所述编码器为24位编码器，位移测量精度高，固体燃料棒12退移速率测量精准。
[0087]
综上，一方面使用伺服电机14的扭矩模式，输出一定扭矩，转为一定推力，驱动加热棒贴近燃料棒的燃面，燃料棒的燃面表面贴紧压力可控，驱动方式简单可靠。另一方面，利用伺服电机14后置的编码器，可以实时监测燃料棒的燃面的退移速率。当燃料棒的燃面退移，伺服电机14会旋转相应角度，驱动加热棒前进，继续贴紧燃料棒的燃面，直至贴紧压力达到设定扭矩。伺服电机14旋转的相应角度，会被编码器实时记录并产生对应脉冲数，通过脉冲数的频率和数量可以实时获取各个时刻的燃料棒的燃面退移速率和总退移量。
[0088]
在该实施例中，所述加热组件包括加热棒、用于作为所述供热部的高频加热螺旋管以及透红外光学玻璃20；
[0089]
所述透红外光学玻璃20具有第一安装腔，所述燃料棒的一端与所述透红外光学玻璃20连接且另一端内置于所述第一安装腔；
[0090]
所述加热棒内置于所述第一安装腔且与所述伺服电机的输出轴16连接，所述高频加热螺旋管套设于所述透红外光学玻璃20并用以加热所述加热棒；所述加热棒能够加热所述固体燃料棒12；
[0091]
所述伺服电机的输出轴16能够驱动所述加热棒在所述第一安装腔内沿所述第一方向13运动以使所述加热棒贴合于所述固体燃料棒12。
[0092]
优选地，固体燃料棒12的材料常为聚乙烯(pe)和端羟基聚丁二烯(htpb)。
[0093]
具体地，考虑到伺服电机14的线圈在高温下脱磁失效，即伺服电机14的线圈在高温下会出现故障而无法使用，本技术为克服该问题，在所述加热组件中还设有绝热棒，优选地，所述绝热棒为陶瓷绝热棒21；所述绝热棒设置于所述伺服电机的输出轴16与所述加热棒之间，所述绝热棒用于阻断所述加热棒向所述电机输出轴传递热量，避免了高温经过金属连接件(所述伺服电机的输出轴16)传递到伺服电机14，从而保证伺服电机14的正常使用。
[0094]
优选地，所述绝热棒为陶瓷绝热棒21。
[0095]
具体地，所述透红外光学玻璃20采用透红外材质的光学玻璃；一方面能够保证红外温度传感器24能够正常工作；另一方面，可作为可视化的观察窗，给高速相机，红外相机等摄录设备提供观察窗口。
[0096]
具体地，加热棒为加热铜棒18，一方面能够提供恒温热源，持续加热固体燃料棒12；另一方面，通过与固体燃料棒12表面的紧贴，将固体燃料棒12表面的退移速率传递给加热铜棒18，即加热铜棒18的移动速率等价为固体燃料棒12表面的退移速率，便于实时监测固体燃料棒12表面的退移速率。
[0097]
进一步地，位移量的传递过程为：固体燃料棒12的表面受热分解，产生热解气体，固体燃料棒12的表面发生退移，该退移速率即为待求的固体燃料棒12热解速率，固体燃料棒12的退移传递给与之紧贴的加热铜棒18，加热铜棒18通过绝热的陶瓷绝热棒21传递给电
动缸的输出轴位移，电动缸的输出轴位移通过电动缸缸体15内的滚珠丝杠螺母结构转化为伺服电机14的旋转角度。最后，伺服电机14的编码器通过实时获取编码器产生的脉冲频率和脉冲数获取固体燃料棒12的表面的退移速率和退移量。具体地，高频加热螺线管19的作用是通入高频电流，产生高频磁场，然后变化的高频磁场通过加热铜棒18的内部，利用电磁感应定律和涡流加热原理使得加热铜棒18发热。通过控制高频加热螺线管19的功率，实时控制加热铜棒18的温度，使得加热铜棒18成为恒温热源。
[0098]
更具体地，所述加热组件还包括固定构件；所述固定构件包括快插接头22以及固定件；优选地，所述固定件为固定螺栓23。所述快插接头22插设置所述透红外光学玻璃20的一端；所述燃料棒通过所述固定件固定于所述快插接头22上。采用固定螺栓23和快插接头22的配合方式，便于拆卸和更换固体燃料棒12。
[0099]
在该实施例中，所述温度测量组件包括作为所述测量部的红外温度传感器24以及控制器；所述红外温度传感器24设置于所述透红外光学玻璃20的外侧；所述控制器分别与所述红外温度传感器24和所述加热螺旋通信连接；所述红外温度传感器24能够检测所述加热棒的温度，并将所述温度反馈给所述控制器，所述控制器根据所述温度调控所述加热螺旋管向所述加热棒发出的所述温度。
[0100]
具体地，红外温度传感器24测量加热铜棒18的温度，并将该温度数值传给控制器(温度控制器)，温度控制器实时调整高频加热螺旋管的功率，实现温度闭环控制。
[0101]
综上，一方面，使用闭环控制的方式加热铜棒18，不但可以精准控制加热铜棒18温度，试验过程也可以将加热铜棒18保温，获取更精确的试验数据。另一方面，采用非接触式的红外温度传感器24的测量值作为反馈，使用高频加热螺线管19作为执行机构，通过温度误差值实时改变通入高频加热螺线管19的电流，从而控制加热功率，更精准的控制加热铜棒18温度，温度控制误差可控制在20k以内。再一方面，采用非接触式的红外温度传感器24(红外温度传感器24优选为数字红外温度传感器24)和高频加热螺旋管，实现非接触式的温度闭环控制，减少了加热设备和温度测量设备对热解过程的干扰，试验结果更加准确。
[0102]
除此之外，现有的采用接触式的温度传感器，一般将温度热电偶安装在燃料表面，当加热铜棒18加热固体燃料棒12表面时，局部燃料会熔化，热电偶陷入固体燃料棒12中，由于热电偶嵌入固体燃料棒12的熔化层内，一方面影响固体燃料棒12表面的导热性能，另一方面由于热电偶嵌入固体燃料棒12内部，导致热电偶所测温度与实际的固体燃料棒12表面温度有一定误差。本技术采用非接触式的红外温度传感器24，相比于现有的采用接触式的温度传感器而言，测量结果更精准。
[0103]
在该实施例中，还包括吹除组件，所述吹除组件包括氮气供给构件以及氮气输出组件；所述氮气供给构件设置于所述电动缸缸体15与所述透红外光学玻璃20之间；所述氮气供给构件具有第二安装腔，所述绝热棒穿过所述第二安装腔与所述加热棒连接；
[0104]
所述燃料棒与所述第一安装腔之间形成有第一间隙，所述绝热棒与所述第二安装腔之间形成有第二间隙，所述第一间隙与所述第二间隙连通，以使氮气保护燃料棒的燃烧；所述氮气输出组件固定于所述快插接头22，能够导出所述燃料棒燃烧产生的气体。
[0105]
具体地，氮气供给构件包括氮气输入接头29。氮气输入接头29提供用于吹除的氮气，向第一间隙和第二间隙源源不断的提供氮气，形成氮气保护氛围，防止高温环境下的固体燃料棒12与空气中的氧气接触，发生化学反应。
[0106]
具体地，氮气输出组件包括氮气出口接头30，氮气出口接头30提供氮气吹除气体的出口。进一步地，氮气出口接头30连接金属软管，金属软管固定水池的底部，作用是利用液体隔绝空气，防止空气中的氧气进入装置内，与高温的燃料表面发生反应，影响实验测试结果。
[0107]
具体地，所述吹除组件还包括辅助构件；所述辅助构件包括连接块25，所述连接块25固定于所述电动缸缸体15与所述氮气供给构件之间；用于将氮气供给构件固定于电动缸缸体15。
[0108]
综上，一方面，吹除组件实现氮气保护氛围，避免固体燃料棒12热解过程中与空气中的氧气发生反应。另一方面，现有试验中的氮气氛围中的氮气流速低，很快就会被固体燃料棒12的表面热解产生的黑色热解气体占据，从而导致难以持续观察热解过程，相比而言于现有的，本技术中的吹除组件借助第一间隙和第二间隙可以快速吹走黑色热解气体，更清楚的观察热解过程，避免大量黑色热解气体占据氮气保护氛围，影响可视化观察和阻塞非接触式红外温度传感器24的测量光路，便于试验数据分析和机理研究。
[0109]
在该实施例中，还包括支撑构件；所述支撑构件包括横向支撑板27以及竖向支撑板28；所述横向支撑板27上固定所述伺服电机14；所述竖向支撑板28上沿所述第一方向13依次排布有所述吹除组件以及所述加热组件。
[0110]
在该实施例中，所述连接块25与所述加热铜棒18之间、所述连接块25与所述氮气输入接头29之间、所述氮气出口接头30与所述加热铜棒18之间、所述氮气出口接头30与透红外光学玻璃20之间、所述快接插头与透红外光学玻璃20之间以及所述快插接头22与氮气出口接头30之间均设置有密封圈31，密封圈31作为密封防线，防止空气进入到第一间隙和第二间隙内部，保证装置内部的氮气保护氛围。
[0111]
在该实施例中，所述氮气出口接头30与所述竖向支撑板28之间、所述电动缸缸体15与所述竖向支撑板28之间均采用固定螺栓23连接。
[0112]
实施例二
[0113]
本技术基于实施例一种提供的固液发动机燃料热解速率测量装置还提供了一种固液发动机燃料热解速率测量方法。
[0114]
一种固液发动机燃料热解速率测量方法包括以下步骤：
[0115]
步骤100：安装加热铜棒18以及红外温度传感器24校准：具体地，考虑到氮气密度小于空气，氮气从低处进入，从高处排出，可以更好的挤出流道内存留的空气，因此在安装加热铜棒18时，将加热铜棒18垂直于地面安装。
[0116]
具体地，红外温度传感器24校准的主要工作是设置发射率。首先在加热铜棒18的表面利用高温胶带将贴片式温度传感器粘接与加热铜棒18的表面，其次通过贴片式温度传感器的温度反馈，控制高频感应加热器的功率，将加热铜棒18保温至设定的目标温度。然后不断调节红外温度传感器24的发射率，直至红外温度传感器24的读数与贴片式温度传感器的读数一致，发射率校准完毕。最后需要进行再次检验，将贴片式温度传感器的温度反馈改成红外温度传感器24的温度反馈，温度控制器的输入是红外温度传感器24的温度值，输出是高频加热螺线管19的功率。观察红外温度传感器24的数值是否与贴片式温度传感器一致，若二者误差在允许范围内，验证发射率正确，红外温度传感器24校准完毕。
[0117]
步骤200：气密检查：将氮气出口接头30使用管封头密封；通过氮气出口接头向第
一间隙和第二间隙内通入氮气，当压力为0.5mpa时，关闭氮气出口接头，利用压力传感器观察压力传感器的压力是否下降，若压力温度无下降，气密检查通过。
[0118]
步骤300：通入氮气：通过氮气出口接头向第一间隙和第二间隙内通入氮气，形成惰性气体保护氛围。具体地，将氮气出口接头30连接金属软管，金属软管通入水池底部，没入水面以下并进行固定。
[0119]
步骤400：预热：首先，设定目标温度(500k至800k范围内)；然后，持续加热加热铜棒18并进行保温。具体地，红外温度传感器24检测固体燃料棒12的温度，并将此温度反馈至温度控制器，温度控制器根据接收到的温度控制高频加热螺线管19的输出功率。更具体地，当加热至设定的目标温度时进行保温，当温度恒定在设定目标温度附近时，预热完毕。
[0120]
步骤500：启动电动缸，固体燃料棒12开始热解：电动缸启动力矩模式并带动加热铜棒18沿竖直方向运动以使加热铜棒18紧贴固体燃料棒12的表面。具体地，直到伺服电机14的负载扭矩大于设定扭矩，伺服电机14停止高速转动。值得注意的是：由于固体燃料棒12热解导致固体燃料棒12的燃面持续退移，伺服电机14开始缓慢旋转，加热铜棒18逐步沿竖直方向运动并靠近固体燃料棒12。
[0121]
步骤600：设定固体燃料棒12的燃面退移距离：实时读取伺服电机14编码器的脉冲数，并将脉冲数转换为距离。如台达伺服电机14对应16w脉冲，伺服电机14转动一圈，丝杠导程为2mm，即16w的脉冲数对应2mm。若设定燃面退移距离为10mm,即加热铜棒18前移距离为10mm,即当接收脉冲数达到160w，伺服电机14停转，燃料热解结束。
[0122]
步骤700：读取固体燃料棒12的热解时间，求解设定温度下的退移速率。
[0123]
具体地，伺服电机14控制器内的计数程序为：实时监测伺服电机14扭矩，当伺服电机14扭矩突增的瞬时，即扭矩增加的瞬间，开启毫秒计时器t0。由于在加热铜棒18接触固体燃料棒12之前，伺服电机14是空转，扭矩恒定为设定值。当伺服电机14扭矩突增时，也就是伺服电机14的实时电流突增时，加热铜棒18刚好接触固体燃料棒12表面。同时在该时刻记录脉冲总数n0。故初始时刻为t0，初始脉冲数为n0。热解过程中，伺服电机14缓慢旋转，编码器的脉冲数逐步增加，判断脉冲总数大于等于n0 160w的时刻，瞬间停止伺服电机14转动，t0计时器停止计时，记t0计时器的读数为t0毫秒。那么当前设定温度下的燃面退移速率为：
[0124]
r＝燃面退移时间(s)＝10/(t0/1000)(mm/s)。
[0125]
步骤800：重复试验，获取下一个设定温度下的固体燃料棒12的燃面退移速率。
[0126]
值得注意的是：应在上述试验结束后，首先保持氮气吹除，直至加热铜棒18温度降低至允许温度。若过早停止氮气吹除，具有水池中的水倒灌进入固液发动机燃料热解速率测量装置的风险。
[0127]
然后再依次拆卸氮气出口接头30、快插接头22和固体燃料棒12。最后换掉固体燃料棒12，重新装配后进行试验准备，返回步骤200，进行气密检查。
[0128]
步骤900：试验结束，处理数据。获取所有设定温度下的燃料棒的燃面退移速率之后，实验结束。对于该次试验的同种固体燃料棒12，得到不同加热温度下的热解速率，即(t0，r0)、(t1，r1)、(t2，r2)
…
(tn，rn)，利用燃料热解速率的求解公式拟合数据求得a和e的数值。
[0129]
综上，本技术在试验前将红外温度传感器24利用高精度的贴片式温度传感器进行
温度校准，设定正确的发射率。
[0130]
试验过程中可拆除贴片式温度传感器，利用红外温度传感器24实现非接触式，高速测量燃料表面温度，利用温度反馈实现高频加热螺线管19的功率控制，实现加热铜棒18的恒温保持。使用带温度闭环控制的高频加热螺线管19加热加热铜棒18至试验目标温度并保持，在氮气吹除环境中使恒温加热铜棒18接触并加热固体燃料棒12。使用编码器实时监测退移速率；使用伺服电机14的扭矩模式输出恒定扭矩，使得加热铜棒18实时贴紧固体燃料棒12的表面。使用高速摄像机和红外摄像机记录热解过程。在试验结束后，可使用记录图像和编码器的输出数字量得到准确的燃料表面的热解速率。
[0131]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。