“《火箭发动机原理》课程教学方法改革探索与实践”附件.doc

固体推进剂燃速和压强指数测试实验（火箭发动机原理课程教学实验二）实验指导书西北工业大学航天学院学生姓名班级实验日期实验指导教师评分一、 实验目的1、 学习一定压强下固体推进剂燃速测试的实验方法；2、 掌握测试燃速所用推进剂药条的制备方法和要求；3、 掌握固体推进剂药条法燃速测试原理（包括计时原理、恒压原理和密封原理）；4、 掌握燃速压强指数处理方法。二、 实验内容要求1、 记录推进剂的类型和编号；2、 制作测试用推进剂药条；3、 钻孔并测量两靶间的距离；4、 记录测试压强；5、 采集两靶间的燃烧时间；6、 写出实验数据处理的过程。三、 实验原理和方法燃烧速度是固体推进剂燃烧性能的一个重要参数。推进剂的燃速定义为：单位时间内燃烧面沿其法线方向的位移。即： ，其单位为cm/s或mm/s。式中 u推进剂线性燃速；de燃烧面沿其法线方向在dt时间内的位移（肉厚）。 压强指数是评定一种推进剂燃烧稳定性的重要指标之一。代表压强对推进剂燃速的影响程度。一般认为推进剂燃速r与压强P的关系为： ubPn 其中b为常数。可见要得知某推进剂的压强指数n，需测试不同压强下的燃速，拟合得到。 其测试原理如下图所示：主要由压力源（氮气瓶或氮气压缩机）、恒压燃烧室、为保持恒压而设计的缓冲瓶、时间记录设备、压力表和阀门等组成。一般用细药柱经包复后，钻孔、穿入点火用的电热丝和作为1、2靶线的易熔金属丝，通过采集卡和计算机记录燃烧时间。 试件装配好后，燃速仪充压到所需压力，电热丝点燃药柱，当烧至第一靶线断开时，可以采集到第一个电压降，烧至第二靶线断开时，采集到第二个电压降。两个电压降之间的时间差值即两靶间推进剂的燃烧时间t。以药柱1、2靶线间的距离L除以记录时间t记得该压强下的线燃速。四、 实验设备燃烧室和测控台燃烧室：内径50250mm2测控台药条支架和推进剂试样药条支架（燃烧室的底座）复合固体推进剂药条试样尺寸1-点火丝孔；2-第一靶线孔；3-第二靶线孔 五、 工作原理l 计时原理图中R2、R4 分别为第一靶、第二靶的易熔金属丝的电阻，约10；电阻R5、R6为20，用来获得信号电压，线路外加电源3V，用NI采集板记录R5、R6上电压随时间的变化。第一靶烧断时，R5有一个电压降，第二靶烧断时，R6上出现电压降，两个电压降所对应的时间间隔即两靶之间药柱燃烧的时间。l 燃烧室恒压原理l 燃烧室密封原理：五、 实验步骤5.1 准备试样5.1.1 按规格切制推进剂试样；5.1.2 包覆推进剂的表面（待干）；5.1.3 穿靶线，并测量两靶线间的距离；5.1.4 做点火线；5.2 安装试样n 把试样的下端固定在药条支架上；n 点火线的两端分别接在两个点火接线柱上；n 两靶线的四端根据计时原理分别与接线柱1、2、3连接。把药条支架（燃烧室的底座）装在燃烧室底部5.3 关闭排气阀，打开缓冲瓶的阀门，打开进气道的阀门，通过高压气瓶给燃烧室充气，同时注意压力表的读数，使其恒定在预定的压力，关闭进气道的阀门。5.4 用万用表检查线路，打开电源，启动计时系统，点火。5.5 记录实验结果（t）。5.6 关闭缓冲瓶的阀门，打开排气阀，使燃烧室泄压。5.7 卸下并清理药条支架（燃烧室的底座），以备下一发实验用。5.8 清理燃烧室。5.9 重复上述步骤，连续测试。5.10 整理实验结果。给出某型号推进剂在一定压强下的燃速和推进剂的燃速压强指数。六、实验数据的处理和结果的表述6.1 实验数据的处理 6.1.1 燃速的计算 6.1.1.1 单个试样燃速计算： 式中： 第i个试样的燃速，mm/s； Li第i个试样有效长度或靶线间距，mm； ti燃尽第i个试样长度Li所需的时间，s。6.1.1.2 m个试样燃速的算术平均值计算： 式中： 平均燃速，mm/s； m试样有效测试次数。6.1.1.3 燃速的标准偏差计算： 式中：恒定压强、温度下的试样燃速的标准偏差，mm/s。6.1.1.4 燃速的相对标准偏差计算： 式中：燃速的相对标准偏差。6.1.1.5 燃速置信区间计算：式中：u燃速，mm/s。按GB3360中置信水平95（双侧情形）取值。见附录16.1.1.6 异常值的判断和处理要求A 测试某推进剂一个压强下的燃速，至少应做五次平行实验。B 异常值的判断和处理按GB4883中5.2条的规定；见附录2C 经取舍后，同一组实验有效试样数不得少于原试样数的80，否则，重作两组。6.1.2 压强指数的计算6.1.2.1 燃速的对数与压强的对数，在所测压强范围内呈线性关系关系时，采用维也里经验方程：ubPn式中：b常数项，mm/s.(Mpa)n； P实验压强，Mpa； n压强指数。此压强范围内压强指数的计算：式中：第i个试样的实验压强。6.1.2.2 常数项计算：6.1.2.3 压强指数的标准偏差计算：式中：Sn压强指数的标准偏差。6.1.2.4 Lnu与lnp的相关系数计算：式中：RpLnu与lnp的相关系数。6.2 实验结果的表述和报告6.2.1 燃速的实验报告 燃速实验报告一般包括：委托单位、试样名称和批号、实验日期、实验温度、试样数、有效试样数、平均燃速、燃速标准偏差和燃速置信区间（0.05）、实验者、复核者和审核者。6.2.2 压强指数实验报告 压强指数实验报告一般包括：委托单位、试样名称和批号、实验日期、实验温度、实验各压强点对应的平均燃速、压强指数、常数项b、相关系数、标准偏差、实验者、复核者和审核者。固体推进剂燃速和压强指数测试实验（火箭发动机原理课程教学实验二）实验报告西北工业大学航天学院学生姓名班级实验日期实验指导教师评分一、 实验情况记录试样名称和批号：实验日期：实验温度：试样数：二、 每次实验的原始资料及实验采集到的V-t曲线实验编号实验压强两靶线间的距离1实验编号为从1到15（可以自己加页）三、 实验数据处理1. 各压强下推进剂的燃速数据处理2. 根据各压强下的燃速数据拟合出