УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦА ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 1996 года по МПК G01N33/22 

Изобретение относится к области испытаний, к устройствам для испытания образцов твердого топлива.

На фиг. 1 показана схема нагружателя; на фиг. 2 узел I на фиг. 1; на фиг. 3 схема средства воспламенения; на фиг. 4 схема устройства.

Устройство содержит нагружатель 1 с захватами 2 и приводом 3 управления нагружателем, камеру 4 постоянного давления, датчик 5 силы, средство определения текущей скорости горения в виде набора параллельных тонких проводников 6, ориентированных перпендикулярно оси захватов 2 с источником слабого тока (не показан) и блоком 7 обработки сигналов, содержащим сумматор для получения сигнала, пропорционального площади поперечного сечения образца 8 в зоне 9 горения, и управляющий орган 10 со средствами 11 регистрации информации. Устройство содержит средства воспламенения в виде источника 12 излучения и оптическую систему раздвоения луча в виде полупрозрачного зеркала 13 и системы зеркал 14 и пускатель 15, связанный с источником 12 и управляющим органом 10. Датчик 5 и блок 7 связаны с управляющим органом 10, выход которого связан со входом привода 3. Все используемые в устройстве средства выпускаются серийно и широко используются в области испытаний. Широко известны системы нагружения со следующим регулированием, включающие управляющие ЭВМ, для реализации контроля образец орган 10 привод 3 нагружатель 1 образец. В качестве управляющего органа 10 известно и использование совокупности двух ЭВМ (верхнего уровня и уровня управления) с устройствами ввода-вывода и запоминающими устройствами (Испытательная техника/Под ред. В.В.Клюева. М. Машиностроение, 1982, кл. 2, с.55-60). Известны и программные средства для таких систем, принципиально позволяющие реализовать любые программы нагружения, включающие зависимость нагрузки от текущего состояния объекта нагружения, куда легко включить и зависимость нагрузки от текущего значения площади поперечного сечения (там же, с.505-519). В качестве захватов 2 могут быть использованы аналогичные, захватам для стандартного образца IANAF (Тимнат И. Ракетные двигатели на химическом топливе. М. Мир, 1990, с.51). В качестве проводников 6 могут быть использованы проводники стандартных тензорезисторов. В качестве блока 7 можно использовать стандартный анализатор, генерирующий на выходе сумматор или образца в зоне горения (Манс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. Т.2, М. Мир, 1983, с.22-38).

Устройство работает следующим образом.

В управляющий орган 10 закладывается программа управления нагрузкой в зависимости от скорости горения или текущего сечения образца. По команде с пускателя 15 источник 12 производит воспламенение образца в зоне 9 симметрично по двум противоположным граням образца, находящегося в нагруженном состоянии. Камера 4 заполнена газом при постоянном давлении. Образец 8 вне зоны 9 покрыт бронировкой для предотвращения воспламенения его боковой поверхности. Для этого предварительно бронировкой покрывают всю боковую поверхность в процессе изготовления образца, после чего вырезают 2 окна, соответствующие протяженности зоны 9. В процессе изготовления образца на различных удалениях от поверхности закладывают параллельные проводники 6, и полимеризацию образца осуществляют с указанными проводниками. В процессе выгорания топлива проводники 6 последовательно разрушаются, в результате чего изменяется сигнал от блока 7 к органу 10. Поскольку работающие в реальном времени управляющие ЭВМ имеют встроенные часы, по функции изменения толщины образца от времени можно определить скорость горения, а управление нагрузкой осуществлять с учетом скорости горения. Преждевременное разрушение проводников 6 предотвращается низкой теплопроводностью существующих смесевых топлив. В результате разогрев и разрушение очередного проводника произойдет в момент достижения его пламенем. Разрушение всего образца произойдет в момент достижения на участке горения напряжением предельного значения, что можно определить по разгрузке нагружателя или по критическому перемещению захватов и остановить испытание по команде с управляющего органа 10.

П р и м е р. Предварительно определяют скорость горения при данном давлении без нагрузки стандартными средствами. Скорость горения при номинальном давлении (50 атм) составляет 10 мм/с, использовались проводники диаметром 10 мкм, которые размещались через каждый мм. Точное их расположение определялось путем фотографирования готового образца в рентгеновском излучении, матрица с результатами измерения запоминалась в управляющем органе 10. Общая толщина образца составляла 30 мм. Нагрузка на образец составила 0,7 разрушающей. Осевая деформация при этом составила 18% т.е. поперечная деформация составила 8% (поскольку материал топлива практически несжимаем). Это значит, что среднее расстояние между проводниками составило величину 0,92 мм. Первые два проводника разрушались через 0,65 с, т.е. скорость горения составляет при начальном напряжении величину 14,2 мм/с. Если поддерживать нагрузку постоянной, скорость горения увеличится. Для поддержания скорости постоянной уменьшаем нагрузку от начального значения в пропорции 28/30. Вторая пара проводников разрушилась через 0,625 с, т.е. скорость горения увеличилась до 14,5 мм/с. Экстраполируя полученную зависимость, уменьшаем нагрузку с опережением по сравнению с нагрузкой на предыдущем этапе в пропорции 26/28 0,4/14,2 0,90. Время до разрушения следующей пары составило 0,655 с, т. е. скорость горения составила 14,1 мм/с. Продолжая таким образом последовательно уменьшать нагрузку, используя экстраполяцию все более высокого порядка, получим скорости горения соответственно 14,2 мм/с и 14,3 мм/с. После этого образец разрушился, что соответствует поддерживаемому порядку напряжения в зоне горения. Таким образом, средняя скорость горения в процессе испытания составила величину 14,26 мм/с при среднем по модулю отклонении от средней скорости порядка 1 мм/с, т.е. погрешность управления составила менее 8% что является вполне удовлетворительным результатом, поскольку время до разрушения разбито всего на 5 интервалов.

Предлагаемое устройство позволяет реализовать закон горения с постоянной скоростью и получить закон изменения напряжения, соответствующий постоянной скорости горения. Повторение указанных операций при других начальных напряжениях позволяет получить зависимость скорости горения от напряжения при заданном внешнем давлении.

Сущность изобретения: образец в захватах нагружают, и воспламеняют топливо в зоне горения. По мере выгорания топлива управляющий орган через привод управляет нагрузкой с учетом скорости горения и текущей толщины образца в соответствии с заданной программой. Например, обеспечивается постоянство скорости горения. 4 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦА ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, содержащее средство воспламенения, средство контроля толщины образца в области горения и регистрирующее устройство, отличающееся тем, что оно снабжено камерой постоянного давления, нагружателем осевой силой стержневого образца с захватами для образца и приводом управления, датчиком нагрузки на образец и вычислительным устройством, при этом средство воспламенения выполнено в виде пускателя и источника излучения с оптической системой симметричного разведения луча и направления луча на противоположные боковые грани образца, входы вычислительного устройства соединены с датчиком нагрузки на образец, пускателем, измерительным устройством, а выход - с приводом управления нагружателя и регистрирующим устройством.