PL245792B1 - Laboratoryjne stanowisko do badania wpływu przyspieszeń na liniową szybkość spalania stałych rakietowych materiałów pędnych - Google Patents
Laboratoryjne stanowisko do badania wpływu przyspieszeń na liniową szybkość spalania stałych rakietowych materiałów pędnych Download PDFInfo
- Publication number
- PL245792B1 PL245792B1 PL439880A PL43988021A PL245792B1 PL 245792 B1 PL245792 B1 PL 245792B1 PL 439880 A PL439880 A PL 439880A PL 43988021 A PL43988021 A PL 43988021A PL 245792 B1 PL245792 B1 PL 245792B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- micro
- main shaft
- rocket
- stand according
- socket
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M15/00—Testing of engines
- G01M15/14—Testing gas-turbine engines or jet-propulsion engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/96—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by specially adapted arrangements for testing or measuring
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/08—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using solid propellants
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/12—Testing on a test bench
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/83—Testing, e.g. methods, components or tools therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Testing Of Engines (AREA)
- Testing Of Balance (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
Laboratoryjne stanowisko do badania wpływu przyśpieszeń na liniową szybkość spalania stałych rakietowych materiałów pędnych zawierające silnik elektryczny prądu stałego (1) z enkoderem (2), moduł magazynu energii (8), układ zasilania inicjatora zapłonu (B), elektroniczny układ pomiaru ciśnienia (44) w komorze spalania oraz mikrosilnik rakietowy (A) charakteryzuje się tym, że silnik elektryczny (1) połączony jest z enkoderem (2), jednocześnie silnik elektryczny połączony jest z wałem głównym (5) poprzez sprzęgło bezmieszkowe (4), a na wale głównym (5) umieszczony jest moduł magazynu energii (8) po stronie przeciwnej korpusu mikrosilnika rakietowego (A) umieszczonego na wale głównym (5) poprzez mocowanie znajduje się układ zasilania inicjatora zapłonu (B) osadzony na wale głównym (5) zawierający tuleję układu zasilającego na której umieszczone są pierścienie przewodzące i pierścienie izolujące zakończone pierścieniem oraz szczotkami węglowymi, elektroniczny układ pomiaru ciśnienia w komorze spalania (44) zawiera czujnik ciśnienia umieszczony w gnieździe czujnika ciśnienia z korpusem mikrosilnika rakietowego (A) poprzez króciec pomiaru ciśnienia, a ponadto na gwintowanej końcówce wału głównego (5) umieszczone jest mocowanie korpusu mikrosilnika rakietowego (A) zawierającego komorę spalania z wewnętrznym rowkiem kolektora oraz króćcem pomiaru ciśnienia oraz króćca zaworu bezpieczeństwa z zaworem bezpieczeństwa wraz z gniazdem wylotowym po stronie korpusu mikrosilnika rakietowego (A).
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest laboratoryjne stanowisko do badania wpływu przyspieszeń na liniową szybkość spalania stałych rakietowych materiałów pędnych.
Dotychczasowy przegląd dostępnej literatury nie ujawnił krajowych rozwiązań dotyczących badania wpływu przyspieszeń (ruch obrotowy) na liniową szybkość spalania stałych rakietowych materiałów pędnych.
Z publikacji J. B. Anderson, R. E. Reichenbach, An Investigation of the Effect of Acceleration on the Burning Rate of Composite Propellants, AIAA Journal Vol.6 No.2, Feb 1968, jak również z publikacji Melvin John Bulman, The effect of Acceleration on the Burning Rate Double Base Rocket Propellants, Ph.D. Thesis, US Naval Postgraduate School, 1968, oraz publikacji Soe Hiaing Tun and Xiang Hong Jun, Star Grain Regression Under Spin Induced Acceleration Effect, Applied Mechanics and Materials, Vols. 110-116, pp 451-456, 2011 doi:10.4028/www.scientific.net/AMM. 110-116.451, a także z publikacji David R. Greatrix, Assessing the Influence of Orientation Angle on Acceleration-Augmented Burning in Solid Rockets, AIAA, 2018 znane są wyniki prowadzonych badań eksperymentalnych i symulacji komputerowych wpływu przyspieszeń na szybkość spalania stałych rakietowych materiałów pędnych, jednakże bez ujawnienia szczegółów dotyczących konstrukcji stanowiska badawczego.
Laboratoryjne stanowisko do badania wpływu przyśpieszeń na liniową szybkość spalania stałych rakietowych materiałów pędnych według wynalazku zawiera silnik elektryczny prądu stałego z enkoderem, moduł magazynu energii, układ zasilania inicjatora zapłonu, elektroniczny układ pomiaru ciśnienia w komorze spalania oraz mikrosilnik rakietowy. Silnik elektryczny połączony jest z enkoderem, jednocześnie silnik elektryczny połączony jest z wałem głównym poprzez sprzęgło bezmieszkowe, a na wale głównym umieszczony jest moduł magazynu energii. Po stronie przeciwnej korpusu mikrosilnika rakietowego umieszczonego na wale głównym poprzez mocowanie znajduje się układ zasilania inicjatora zapłonu osadzony na wale głównym zawierający tuleję układu zasilającego na której umieszczone są pierścienie przewodzące i pierścienie izolujące zakończone pierścieniem zamykającym oraz szczotkami węglowymi. Elektroniczny układ pomiaru ciśnienia w komorze spalania zawiera czujnik ciśnienia umieszczony w gnieździe czujnika ciśnienia połączonym z korpusem mikrosilnika rakietowego poprzez króciec pomiaru ciśnienia. A ponadto na gwintowanej końcówce wału głównego umieszczone jest mocowanie korpusu mikrosilnika rakietowego zawierającego komorę spalania z wewnętrznym rowkiem kolektora oraz króćcem pomiaru ciśnienia oraz króćca zaworu bezpieczeństwa z zaworem bezpieczeństwa wraz z gniazdem wylotowym po stronie korpusu mikrosilnika rakietowego.
Korzystnie, silnik elektryczny połączony jest czołowo z mocowaniem silnika elektrycznego.
Korzystnie, wał główny podparty jest na pierwszym zespole łożyskowym oraz drugim zespole łożyskowym.
Korzystnie, gdy pierwszy zespół łożyskowy zawiera dwurzędowe kulkowe łożysko skośne umieszczone w obudowie mocowanej do podstawy stanowiska.
Korzystnie, gdy drugi zespół łożyskowy zawiera dwurzędowe kulkowe łożysko skośne unieruchomione w obudowie poprzez dwa wewnętrzne sprężynujące pierścienie osadcze.
Korzystnie, gdy po obu stronach wału głównego rozmieszczone są symetrycznie dwie baterie litowo-polimerowe magazynu energii.
Korzystnie, tuleja układu zasilającego zawiera cztery pierścienie przewodzące i trzy pierścienie izolujące.
Korzystnie, szczotki węglowe umieszczone są w gnieździe stykając się z pierścieniami przewodzącymi poprzez system docisku sprężynami umieszczonymi w gnieździe.
Korzystnie, gniazdo umieszczone jest na podstawie układu zasilającego.
Korzystnie, korpus mikrosilnika rakietowego połączony jest z mocowaniem poprzez sześć prętów gwintowanych z nakrętkami.
Korzystnie, gniazdo czujnika ciśnienia posiada wnękę na wkładkę czujnika ciśnienia oraz filtr, tuleję dystansową zamkniętą nakrętką dociskową.
Korzystnie, zawór bezpieczeństwa posiada membranę bezpieczeństwa.
Korzystnie, gniazdo wylotowe zawiera wkładkę dyszową umieszczoną w docisku.
Korzystnie, gdy pomiędzy wkładką dyszową, a gniazdem dyszy znajduje się membrana.
Korzystnie, układ zasilania inicjatora zapłonu zawiera spłonkę elektryczną oraz pastylkę prochu w kształcie dysku umieszczone w obudowie uszczelnione oringiem.
Zaprojektowane stanowisko badawcze umożliwia przeprowadzenie badań eksperymentalnych w celu określenia wpływu przyspieszeń działających na stały materiał pędny umieszczony w komorze spalania mikrosilnika rakietowego na zależność pomiędzy liniową prędkością spalania a ciśnieniem w komorze spalania. Ponadto możliwe jest określenie zmiany osiągów badanego silnika wynikających ze zmiany ciśnienia w komorze spalania na skutek występowania przyspieszenia odśrodkowego. Stanowi to istotne zagadnienie w kontekście zastosowania silników rakietowych, niezależnie czy to stanowi napęd główny czy silniki pomocnicze lub sterujące. Podczas lotu pocisk rakietowy poddawany jest działaniu przyspieszeń o znacznej wartości g (w odniesieniu do przyspieszenia ziemskiego). W trakcie lotu przyśpieszonego lub wirowania obiektu, w którym zainstalowano silnik na stały materiał pędny, szybkość spalania ziarna stałego materiału pędnego zmienia się z wartością tego przyśpieszenia. Ponieważ liniowa prędkość spalania stanowi podstawowy parametr opisujący właściwości stałych rakietowych materiałów pędnych, znajomość wpływu przyśpieszenia na tę wartość, powala na określenie granic bezpieczeństwa działania komory spalania (maksymalne ciśnienie robocze), zmian profilu ciągu silnika w czasie, czego konsekwencją mogą być zmiany w zasięgu czy wysokości lotu obiektu napędzanego silnikiem rakietowym na stały materiał pędny.
W rozwiązaniu zastosowano następujące środki techniczne:
• laboratoryjny mikrosilnik rakietowy - mocowany na końcu wału napędowego, umożliwiający przeprowadzenie eksperymentalnego spalania badanej próbki w celu określenia liniowej szybkości spalania stałego rakietowego materiału pędnego w warunkach znanej wartości przyśpieszenia oddziałującego na ziarno materiału pędnego;
• napęd elektryczny w postaci silnika elektrycznego prądu stałego (wraz z enkoderem - do pomiaru prędkości obrotowej), którego celem jest wygenerowanie odpowiedniej wartości przyśpieszenia pod postacią przyśpieszenia odśrodkowego (uzyskanego przez ustawienie odpowiedniej wartości prędkości obrotowej badanego mikrosilnika);
• układ pomiaru ciśnienia w komorze spalania poprzez zastosowanie czujnika ciśnienia wraz z układem wzmacniacza i zapisu danych na karcie pamięci - układ umożliwia pomiar ciśnienia z częstotliwością 2 kHz w czasie działania przyspieszenia wpływającego na ziarno stałego rakietowego materiału pędnego;
• układ kontroli inicjatora zapłonu i pomiaru jego parametrów elektrycznych podczas pracy;
• karta pomiarowa wraz z dedykowanym oprogramowaniem do akwizycji danych pomiarowych.
W konstrukcji stanowiska badawczego można wyróżnić kilka układów składowych:
• moduł napędowy - silnik elektryczny z enkoderem, obracający mikrosilnik rakietowy poprzez wał główny;
• dwie łożyskowane podpory wału głównego (jedna z podpór umożliwia kompensację błędów montażowych wału);
• moduł magazynu energii (do zasilania układu pomiaru ciśnienia w komorze spalania);
• trójkanałowy układ zasilania inicjatora zapłonu składającego się z zespołu zapalczego i podsypki prochowej;
• laboratoryjny mikrosilnik rakietowy wraz z niezbędnym interfejsem mechanicznym zamontowanym na końcu wału.
Poniżej wskazano kolejne czynności realizowane podczas eksploatacji stanowiska badawczego:
• założenie odpowiedniej membrany dyszowej (zatyczka dyszowa) oraz membrany bezpieczeństwa;
• uruchomienie elektronicznych układów pomiarowych (karta pomiarowa, układ pomiaru ciśnienia w komorze spalania);
• umieszczenie badanej próbki materiału pędnego w komorze spalania;
• umieszczenie inicjatora zapłonu w odpowiednim gnieździe korpusu mikrosilnika rakietowego;
• ustawienie żądanego przyspieszenia (ustawienie odpowiedniej prędkości obrotowej napędzającego silnika elektrycznego prądu stałego - sterowanie wartością napięcia zasilania);
• uruchomienie układu pomiarowego i programu akwizycji danych (wciśnięcie przycisku READY w programie akwizycji danych - przejście w stan gotowości), aktywacja układu zapłonowego (odblokowanie przycisku bezpieczeństwa);
• przeprowadzenie eksperymentu (wykorzystanie karty pomiarowej do automatycznego uruchomienia napędzającego silnika elektrycznego, następnie po kilku sekundach uruchomienie układu inicjacji zapłonu, a po upłynięciu wcześniej zaprogramowanego czasu, automatyczny zapis danych pomiarowych w komputerze - wszystkich danych poza ciśnieniem w komorze spalania);
• dezaktywacja układu inicjacji zapłonu (wciśnięcie przycisku bezpieczeństwa oraz przycisku STOP w programie akwizycji danych); transfer danych pomiaru ciśnienia w komorze z karty pamięci do pamięci komputera;
• przeprowadzenie czynności eksploatacyjnych (demontaż inicjatora zapłonu, czyszczenie komory spalania, czyszczenie dyszy wylotowej, wymiana membrany dyszowej).
Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym
Fig. 1 przedstawia widok z wycięciem jednej czwartej bryły, widok w trzech-czwartych w rzucie aksonometrycznym,
Fig. 2 przedstawia widok szczegółowy laboratoryjnego mikrosilnika rakietowego (widok rozstrzelony), a
Fig. 3 przedstawia widok szczegółowy układu zasilania inicjatora zapłonu.
Przykład wykonania
Przedmiotem wynalazku jest laboratoryjne stanowisko do badania wpływu przyspieszenia na liniową szybkością spalania próbki stałego rakietowego materiału pędnego i ciśnienie w komorze spalania. Stanowisko badawcze umożliwia określenie wpływu przyspieszenia na charakter zależności pomiędzy szybkością spalania a ciśnieniem w komorze (stały, liniowy etc.) oraz na zmiany osiągów badanego silnika rakietowego wynikających ze zmiany ciśnienia w komorze spalania na skutek występowania przyspieszenia odśrodkowego.
Laboratoryjne stanowisko do badania wpływu przyspieszeń na liniową szybkość spalania stałych rakietowych materiałów pędnych według wynalazku przeznaczone jest do określania wpływu przyspieszenia na charakter zależności pomiędzy liniową szybkością spalania a ciśnieniem w komorze spalania oraz zmiany osiągów badanego mikrosilnika rakietowego wynikających ze zmiany ciśnienia w komorze spowodowanej występowaniem przyspieszenia odśrodkowego (mikrosilnik rakietowy wprowadzony w ruch obrotowy).
Wynalazek zawiera kilka podstawowych części, m.in. elektryczny moduł napędowy, dwie łożyskowane podpory wału, moduł magazynu energii, układ zasilania inicjatora zapłonu, elektroniczny układ pomiaru ciśnienia w komorze spalania oraz laboratoryjny mikrosilnik rakietowy (wyposażony w odpowiedni interfejs mechaniczny łączący go z końcówką wału głównego stanowiska).
Elektryczny moduł napędowy zawiera silnik elektryczny (1) zasilany stałym napięciem z zakresu 6-27 V wraz z dołączonym enkoderem (2) do określania prędkości obrotowej silnika elektrycznego. Silnik elektryczny (1) jest połączony czołowo z mocowaniem silnika elektrycznego (3) o kształcie kątownika zestawem 4 śrub z łbem walcowym z gniazdem sześciokątnym. Łoże silnika elektrycznego (3) przytwierdzono do podstawy stanowiska (42) zestawem 4 śrub imbusowych. Do podstawy stanowiska (42) przykręcono również 4 uchwyty (43), które ułatwiają łatwe przenoszenie złożonego stanowiska. Istotny element modułu napędowego stanowi wał główny (5), który z silnikiem elektrycznym (1) jest połączony za pomocą sprzęgła mieszkowego (bezluzowego) (4), które niweluje ewentualne błędy nieosiowości wałów oraz amortyzuje drgania pochodzące z nierównomiernego rozłożenia masy w układzie wirującym.
Wał główny został podparty w dwóch miejscach za pomocą pierwszego zespołu łożyskowego (6) i drugiego zespołu łożyskowego (7). Pierwszy zespół łożyskowy (6) zawiera dwurzędowe łożysko kulkowe skośne luźno umieszczonego w oprawie, którą umieszczono w obudowie jednocześnie stanowiącej element mocujący pierwszy zespół łożyskowy do podstawy stanowiska (42). Drugi zespół łożyskowy (7) stanowi niemal identyczny zestaw, jedyna różnica polega na tym, że łożysko zostało unieruchomione w oprawie za pomocą dwóch wewnętrznych sprężynujących pierścieni osadczych. Przyjęta konfiguracja łożyskowania jest następująca: łożysko pierwszego zespołu łożyskowego - swobodne, łożysko drugiego zespołu łożyskowego - ustalające.
Kolejnym elementem zainstalowanym na wale głównym (5) jest moduł magazynu energii (8) wykorzystywany jako źródło zasilania elektronicznego układu pomiaru ciśnienia w komorze spalania (44). Moduł magazynu energii (8) zawiera dwie baterie litowo-polimerowych, rozmieszczone symetrycznie po obu stronach wału głównego (5), zamknięte w obudowie.
Moduł magazynu energii (8) osadzono na wale, obrót względem osi wału zablokowano wpustem pryzmatycznym, z kolei ruch wzdłużny uniemożliwiono zewnętrznym pierścieniem osadczym. Przewody zasilające pomiędzy modułem magazynu energii (8) a układem pomiaru ciśnienia poprowadzono przez specjalnie wydrążony otwór wewnątrz wału. Takie prowadzenie przewodów umożliwia swobodny obrót wału napędowego.
Trójkanałowy układ zasilania inicjatora zapłonu (B) (przedstawiony na Fig. 3 Fig. 3) zawiera tuleje układu zasilającego (9), na której umieszczono naprzemiennie cztery pierścienie przewodzące (ślizgowe) (10) i trzy pierścienie izolujące (11), całość zakończono pierścieniem zamykającym (12).
Trzy pierścienie przewodzące (10) służą do przekazania 3 niezależnych kanałów zasilania biegunem dodatnim, natomiast czwarty pierścień przewodzący (10) stanowi wspólną masę kanałów zasilania. Taki układ umożliwia zasilenie aż trzech, niezależnych modułów inicjatora zapłonu. Elementy układu zasilania inicjatora zapłonu (B) osadzono na wale (5), ruch obrotowy zablokowano wpustem pryzmatycznym, z kolei ruch wzdłużny - zewnętrznym pierścieniem osadczym. Elementami przekazującymi zasilanie do trójkanałowego układu zasilania inicjatora zapłonu (B) są 4 szczotki węglowe (16), umieszczone w gnieździe (15), będące w kontakcie z pierścieniami przewodzącymi (10). Gniazdo szczotek węglowych zamontowano na podstawie układu zasilającego (14) i przełożono przez nie wałek (13), zablokowany po obu stronach podstawy (14) zawleczką, umożliwiający ruch poprzeczny względem osi wału (5). System docisku szczotek węglowych do pierścieni przewodzących oparty jest na zastosowaniu sprężyn, umieszczonych w gnieździe (15) a całość jest dociskana za pomocą wkrętu dociskowego z kulką (17), wkręconego w odpowiednią ściankę podstawy (14), gdzie powierzchnia kulki jest w kontakcie z obudową gniazd szczotek węglowych. Podstawę układu zasilającego (14) przytwierdzono do podstawy stanowiska (42) 2 śrubami z łbem walcowym z gniazdem sześciokątnym. Na wewnętrznej powierzchni każdego z pierścieni przewodzących (10) przylutowano przewód elektryczny. Powstałą wiązkę przewodów wyprowadzono w okolice powierzchni czołowej wału/końcówki wału (5) kolejno przez otwór czołowy pierścienia zamykającego (12), otwór poprzeczny wału względem jego osi oraz przez otwór czołowo wydrążony w wale (5).
Elektroniczny układ pomiaru ciśnienia w komorze spalania (44) zawiera czujnik ciśnienia (36), umieszczony w gnieździe (35) połączonym z korpusem (21) mikrosilnika rakietowego (A) przez specjalny króciec (33), układ normalizujący i wzmacniający sygnał pomiarowy do typowego napięcia analogowego 0-10 V oraz układ zasilający czujnik pomiarowy. Całość zabudowano na wspólnej płytce PCB w kształcie koła z otworem centralnym, umieszczonej i zamkniętej w obudowie. Obudowę układu pomiarowego zamocowano na wale za pomocą połączenia wpustowego oraz zewnętrznego pierścienia osadczego.
Na gwintowanej końcówce wału (5) umieszczono zablokowane wpustem pryzmatycznym mocowanie (20) korpusu mikrosilnika rakietowego, podkładkę łożyskową MB3 (18), a następnie całość dokręcono nakrętką łożyskową KM3 (19). Centralną część laboratoryjnego mikrosilnika rakietowego (A) (szczegółowo przedstawionego na Fig. 2) stanowi korpus (21) mikrosilnika rakietowego (A) połączony z mocowaniem (20) za pomocą sześciu prętów gwintowanych, dokręcony nakrętkami. Taka liczba prętów zapewnia odpowiednią wytrzymałość połączenia konstrukcyjnego.
W korpusie umieszczono komorę spalania (22) wraz z ziarnem stałego rakietowego materiału pędnego (23). Zastosowanie komory spalania (22) w kształcie „koszyka”, zakończonej integralnym rusztem i posiadającej na ściankach bocznych trzy gwintowane otwory (gwint metryczny M3), wykorzystywane do wkręcenia docisków gwintowanych (29), zapewnia utrzymanie centralnej pozycji ziarna materiału pędnego (23) na początku eksperymentu, co ułatwia proces zapłonu na całej dostępnej powierzchni ziarna. Zastosowanie rusztu o odpowiednio dobranej ilości otworów przelotowych względem przekroju średnicy krytycznej dyszy, zapobiega groźnemu zjawisku zatkania dyszy wylotowej przez oderwany kawałek ziarna i w konsekwencji zniszczeniu stanowiska badawczego. Komora spalania (22) wyposażona jest ponadto w zewnętrzny rowek kolektora (30) służący do zbierania gazów spalinowych i dostarczenia ich do korpusu (21) mikrosilnika, a następnie króćca pomiaru ciśnienia (33) oraz króćca zaworu bezpieczeństwa (24) i końcówki rozpraszającej (26) gazy spalinowe.
Korpus (21) mikrosilnika rakietowego (A) wyposażony jest w gwintowany króciec do pomiaru ciśnienia (33), w który wkręcano gniazdo czujnika ciśnienia (35) posiadające wnękę na specjalną wkładkę (34) oraz tłumik (45), którego zadanie polega na ograniczeniu przepływu stałych cząstek produktów spalania uderzających w powierzchnię membrany czujnika (35), przy jednoczesnym zachowaniu odpowiednich warunków do wiarygodnego pomiaru ciśnienia w komorze spalania. W gnieździe (35) umieszczono czujnik ciśnienia (36), tuleję dystansową (37) wykonaną z poliamidu, a następnie całość zamknięto nakrętką dociskową (38). Zastosowana tuleja (37) uniemożliwia przesuwanie się czujnika ciśnienia wzdłuż osi gniazda (35). Kształt wkładki (34) związany jest z zaleceniami producenta dotyczącymi montażu zastosowanego czujnika ciśnienia.
Korpus wyposażono również w zawór bezpieczeństwa (26) z wymienną płytką ciśnieniową (25), wkręcony w króciec zaworu bezpieczeństwa (24). Płytka umieszczona w zaworze bezpieczeństwa w przypadku przekroczenia określonego ciśnienia dopuszczalnego ulega pęknięciu, w efekcie otwierając dodatkowy otwór wentylacyjny, zmniejszając w ten sposób ciśnienie w komorze spalania. Zastosowany układ upustowy przeciwdziała możliwości zniszczenia stanowiska badawczego.
Po jednej stronie korpusu (21) mikrosilnika rakietowego (A) zamontowano gniazdo dyszy wylotowej (27), nasuwając je na pręty gwintowane, wkręcone w korpus (21) mikrosilnika rakietowego (A), a następnie dociśnięto nakrętkami. Wymienna wkładka dyszowa (31) montowana jest w specjalnym docisku (32), uszczelnionym o-ringiem z Vitonu®. Tak przygotowana sekcja dyszowa jest wkręcana w gniazdo dyszy wylotowej (27). Przestrzeń między wkładką dyszową (31) a gniazdem dyszy (27) stanowi płaszczyznę mocującą dla membrany (28), pełniącej funkcję zatyczki dyszowej. Zatyczka ta ma na celu utrzymanie odpowiedniej wartości ciśnienia w komorze spalania w momencie inicjowania procesu spalania, co znacznie ułatwia rozruch komory spalania oraz przyczynia się do zwiększenia dokładności pomiaru czasu spalania. W przypadku niskich ciśnień w komorze spalania, zatyczka (28) umożliwia rozpoczęcie pracy mikrosilnika rakietowego (A). Odpowiednie dobranie zatyczki dyszowej, pozwala na zmniejszenie czasu narastania ciśnienia w komorze silnika (22), poprawiając charakterystyki zapłonowe, co z kolei ma kluczowy wpływ na dalszy przebieg procesu spalania i osiągi silnika rakietowego.
Po przeciwnej korpusu (21) mikrosilnika rakietowego (A) znajduje się sekcja inicjatora zapłonu, której zadaniem jest zainicjowanie procesu spalania w możliwie jak najkrótszym czasie i w sposób powtarzalny w kolejnych eksperymentach. Według wynalazku, do inicjowania zapłonu zastosowano: spłonkę elektryczną (40) oraz podsypkę prochu czarnego w postaci sprasowanej pastylki w kształcie dysku (41) umieszczone w obudowie (39) (konstrukcję inicjatora zapłonu opracowano w sposób umożliwiający zastosowanie prochu czarnego również w postaci zmielonej). Tak przygotowany zapalnik, posiadający zewnętrzny gwint metryczny, uszczelnienie o-ringiem z Vitonu® oraz łeb sześciokątny ułatwiający dokręcenie, zamontowano w korpusie (21) mikrosilnika rakietowego (A). Ze względu na stosowanie wymiennej obudowy zapalnika (39), możliwe jest stosowanie kilku rodzajów inicjatora zapłonu (40), różniących się wymiarami geometrycznymi.
Szczelność połączenia pomiędzy kluczowymi komponentami laboratoryjnego mikrosilnika rakietowego (A) (sekcja: inicjatora zapłonu, dyszowa, upustu ciśnienia w komorze oraz pomiaru ciśnienia) została osiągnięta dzięki zastosowaniu uszczelek typu o-ring, wykonanych z Vitonu®.
Wykaz oznaczeń odsyłających
| A | Mikrosilnik rakietowy | 22 | Komora spalania (koszyczek) z rusztem |
| B | Układ zasilania inicjatora zapłonu | 23 | Ziarno - materiał pędny |
| 1 | Silnik elektryczny prądu stałego | 24 | Króciec zaworu bezpieczeństwa |
| 2 | Enkoder | 25 | Płytka ciśnieniowa |
| 3 | Mocowanie silnika elektrycznego | 26 | Zawór bezpieczeństwa |
| 4 | Sprzęgło mieszkowe (bezluzowe) | 27 | Gniazdo dyszy wylotowej |
| 5 | Wał główny | 28 | Membrana dyszowa |
| 6 | Pierwszy zespół łożyskowy | 29 | Wkręt gwintowany |
| 7 | Drugi zespół łożyskowy | 30 | Rowek kolektorowy |
| 8 | Moduł magazynu energii (bateria) | 31 | Wkładka dyszowa |
| 9 | Tuleja układu zasilającego | 32 | Docisk dyszy wylotowej |
| 10 | Pierścień przewodzący | 33 | Króciec pomiaru ciśnienia |
| 11 | Pierścień izolujący | 34 | Wkładka czujnika ciśnienia |
| 12 | Pierścień zamykający | 35 | Gniazdo czujnika ciśnienia |
| 13 | Wałek | 36 | Czujnik ciśnienia |
| 14 | Podstawa układu zasilającego | 37 | Tuleja dystansowa |
| 15 | Gniazdo szczotek węglowych | 38 | Nakrętka dociskowa czujnika ciśnienia |
| 16 | Szczotka węglowa | 39 | Obudowa zapalnika |
| 17 | Wkręt dociskowy z kulką | 40 | Spłonka elektryczna |
| 18 | Podkładka łożyskowa MB3 | 41 | Pastylka prochowa |
| 19 | Nakrętka łożyskowa KM3 | 42 | Podstawa stanowiska |
| 20 | Mocowanie korpusu | 43 | Uchwyt |
| 21 | Korpus mikrosilnika | 44 | Elektroniczny układ pomiaru ciśnienia |
| w komorze spalania | |||
| 45 | Filtr |
Claims (15)
1. Laboratoryjne stanowisko do badania wpływu przyśpieszeń na liniową szybkość spalania stałych rakietowych materiałów pędnych zawierające silnik elektryczny prądu stałego (1) z enkoderem (2), moduł magazynu energii (8), układ zasilania inicjatora zapłonu (B), elektroniczny układ pomiaru ciśnienia (44) w komorze spalania (22) oraz mikrosilnik rakietowy (A), znamienne tym, że silnik elektryczny (1) połączony jest z enkoderem (2), jednocześnie silnik elektryczny połączony jest z wałem głównym (5) poprzez sprzęgło bezmieszkowe (4), a na wale głównym (5) umieszczony jest moduł magazynu energii (8) po stronie przeciwnej korpusu (21) mikrosilnika rakietowego (A) umieszczonego na wale głównym (5) poprzez mocowanie (20) znajduje się układ zasilania inicjatora zapłonu (B) osadzony na wale głównym (5) zawierający tuleję (9) układu zasilającego na której umieszczone są pierścienie przewodzące (10) i pierścienie izolujące (11) zakończone pierścieniem zamykającym (12) oraz szczotkami węglowymi (16), elektroniczny układ pomiaru ciśnienia w komorze spalania (44) zawiera czujnik ciśnienia (36) umieszczony w gnieździe (35) czujnika ciśnienia (36) połączonym z korpusem (21) mikrosilnika rakietowego (A) poprzez króciec (33) pomiaru ciśnienia, a ponadto na gwintowanej końcówce wału głównego (5) umieszczone jest mocowanie (20) korpusu (21) mikrosilnika rakietowego (A) zawierającego komorę spalania (22) z wewnętrznym rowkiem kolektora (30) oraz króćcem (33) pomiaru ciśnienia oraz króćca zaworu bezpieczeństwa (24) z zaworem bezpieczeństwa (26) wraz z gniazdem wylotowym (27) po stronie korpusu (21) mikrosilnika rakietowego (A).
2. Laboratoryjne stanowisko wg zastrz. 1, znamienne tym, że silnik elektryczny (1) połączony jest czołowo z mocowaniem (3) silnika elektrycznego (1).
3. Laboratoryjne stanowisko wg zastrz. 1, znamienne tym, że wał główny (5) podparty jest na pierwszym zespole łożyskowym (6) oraz drugim zespole łożyskowym (7).
4. Laboratoryjne stanowisko wg zastrz. 3, znamienne tym, że pierwszy zespół łożyskowy (6) zawiera dwurzędowe kulkowe łożysko skośne umieszczone w obudowie mocowanej do podstawy stanowiska (42).
5. Laboratoryjne stanowisko wg zastrz. 3 albo 4, znamienne tym, że drugi zespół łożyskowy (7) zawiera dwurzędowe kulkowe łożysko skośne unieruchomione w obudowie poprzez dwa wewnętrzne sprężynujące pierścienie osadcze.
6. Laboratoryjne stanowisko wg zastrz. 1, znamienne tym, że po obu stronach wału głównego (5) rozmieszczone są symetrycznie dwie baterie litowo-polimerowe magazynu energii (8).
7. Laboratoryjne stanowisko wg zastrz. 1, znamienne tym, że tuleja układu zasilającego (9) zawiera cztery pierścienie przewodzące (10) i trzy pierścienie izolujące (11).
8. Laboratoryjne stanowisko wg zastrz. 1 albo 7, znamienne tym, że szczotki węglowe (16) umieszczone są w gnieździe (15) stykając się z pierścieniami przewodzącymi (10) poprzez system docisku sprężynami umieszczonymi w gnieździe (15).
9. Laboratoryjne stanowisko wg zastrz. 1 albo 8, znamienne tym, że gniazdo (15) umieszczone jest na podstawie układu zasilającego (14).
10. Laboratoryjne stanowisko wg zastrz. 1, znamienne tym, że korpus (21) mikrosilnika rakietowego (A) połączony jest z mocowaniem (20) poprzez sześć prętów gwintowanych z nakrętkami.
11. Laboratoryjne stanowisko wg zastrz. 1, znamienne tym, że gniazdo (35) czujnika ciśnienia posiada wnękę na wkładkę (34) czujnika ciśnienia (36) oraz filtr (45), tuleję dystansową zamkniętą nakrętką dociskową (38).
12. Laboratoryjne stanowisko wg zastrz. 1, znamienne tym, że zawór bezpieczeństwa (26) posiada membranę bezpieczeństwa (25).
13. Laboratoryjne stanowisko wg zastrz. 1, znamienne tym, że gniazdo wylotowe (27) zawiera wkładkę dyszową (31) umieszczoną w docisku (32).
14. Laboratoryjne stanowisko wg zastrz. 1, znamienne tym, że pomiędzy wkładką dyszową (31), a gniazdem dyszy (27) znajduje się membrana (28).
15. Laboratoryjne stanowisko wg zastrz. 1, znamienne tym, że układ zasilania inicjatora zapłonu (B) zawiera spłonkę elektryczną (40) oraz pastylkę prochu (41) w kształcie dysku umieszczone w obudowie (39) uszczelnione oringiem.
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL439880A PL245792B1 (pl) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | Laboratoryjne stanowisko do badania wpływu przyspieszeń na liniową szybkość spalania stałych rakietowych materiałów pędnych |
| CA3239522A CA3239522A1 (en) | 2021-12-17 | 2022-12-16 | Laboratory stand for studying the effect of acceleration on the linear burning rate of solid rocket propellants |
| CN202280082297.3A CN118541594A (zh) | 2021-12-17 | 2022-12-16 | 用于研究加速度对固体火箭推进剂的线性燃速率的影响的实验室支架 |
| PCT/PL2022/050094 WO2023113628A1 (en) | 2021-12-17 | 2022-12-16 | Laboratory stand for studying the effect of acceleration on the linear burning rate of solid rocket propellants |
| KR1020247023890A KR20240128890A (ko) | 2021-12-17 | 2022-12-16 | 고체 로켓 추진제의 선형 연소 속도에 대한 가속 효과를 연구하기 위한 실험실 스탠드 |
| ES22859522T ES3049000T3 (en) | 2021-12-17 | 2022-12-16 | Laboratory stand for studying the effect of acceleration on the linear burning rate of solid rocket propellants |
| US18/720,216 US20250059935A1 (en) | 2021-12-17 | 2022-12-16 | Laboratory stand for studying the effect of acceleration on the linear burning rate of solid rocket propellants |
| EP22859522.9A EP4427010B1 (en) | 2021-12-17 | 2022-12-16 | Laboratory stand for studying the effect of acceleration on the linear burning rate of solid rocket propellants |
| JP2024536381A JP7817768B2 (ja) | 2021-12-17 | 2022-12-16 | 固体ロケット推進剤の線形燃焼速度に対する加速度の影響を研究するための実験台 |
| FIEP22859522.9T FI4427010T3 (fi) | 2021-12-17 | 2022-12-16 | Laboratorioteline kiihtyvyyden vaikutuksen tutkimiseksi kiinteiden rakettipolttoaineiden lineaariseen palamisnopeuteen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL439880A PL245792B1 (pl) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | Laboratoryjne stanowisko do badania wpływu przyspieszeń na liniową szybkość spalania stałych rakietowych materiałów pędnych |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL439880A1 PL439880A1 (pl) | 2023-06-19 |
| PL245792B1 true PL245792B1 (pl) | 2024-10-14 |
Family
ID=85283836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL439880A PL245792B1 (pl) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | Laboratoryjne stanowisko do badania wpływu przyspieszeń na liniową szybkość spalania stałych rakietowych materiałów pędnych |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20250059935A1 (pl) |
| EP (1) | EP4427010B1 (pl) |
| JP (1) | JP7817768B2 (pl) |
| KR (1) | KR20240128890A (pl) |
| CN (1) | CN118541594A (pl) |
| CA (1) | CA3239522A1 (pl) |
| ES (1) | ES3049000T3 (pl) |
| FI (1) | FI4427010T3 (pl) |
| PL (1) | PL245792B1 (pl) |
| WO (1) | WO2023113628A1 (pl) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11182347A (ja) * | 1997-12-16 | 1999-07-06 | Nissan Motor Co Ltd | ロケットモータの燃焼試験装置 |
| CN102680240B (zh) * | 2012-05-24 | 2014-09-10 | 北京理工大学 | 一种用于固体火箭发动机高过载试验装置的点火驱动系统 |
| CN104019994B (zh) * | 2014-04-24 | 2017-03-01 | 北京理工大学 | 一种固体火箭发动机过载试验装置 |
| CN109459242B (zh) * | 2018-12-26 | 2020-04-03 | 北京理工大学 | 固体火箭发动机高速自旋试验台测控系统 |
| CN112012853B (zh) * | 2020-10-04 | 2021-07-06 | 西安航天动力测控技术研究所 | 一种后裙连接形式的固体火箭发动机点火试验用推力传递装置 |
| CN113776842A (zh) * | 2021-09-02 | 2021-12-10 | 北京理工大学 | 一种兼具测压、收集固体颗粒的高压燃烧器 |
-
2021
- 2021-12-17 PL PL439880A patent/PL245792B1/pl unknown
-
2022
- 2022-12-16 CN CN202280082297.3A patent/CN118541594A/zh active Pending
- 2022-12-16 ES ES22859522T patent/ES3049000T3/es active Active
- 2022-12-16 KR KR1020247023890A patent/KR20240128890A/ko active Pending
- 2022-12-16 EP EP22859522.9A patent/EP4427010B1/en active Active
- 2022-12-16 WO PCT/PL2022/050094 patent/WO2023113628A1/en not_active Ceased
- 2022-12-16 JP JP2024536381A patent/JP7817768B2/ja active Active
- 2022-12-16 FI FIEP22859522.9T patent/FI4427010T3/fi active
- 2022-12-16 CA CA3239522A patent/CA3239522A1/en active Pending
- 2022-12-16 US US18/720,216 patent/US20250059935A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI4427010T3 (fi) | 2025-10-31 |
| WO2023113628A1 (en) | 2023-06-22 |
| PL439880A1 (pl) | 2023-06-19 |
| JP2025504604A (ja) | 2025-02-13 |
| CN118541594A (zh) | 2024-08-23 |
| WO2023113628A9 (en) | 2024-07-04 |
| EP4427010B1 (en) | 2025-08-06 |
| JP7817768B2 (ja) | 2026-02-19 |
| US20250059935A1 (en) | 2025-02-20 |
| KR20240128890A (ko) | 2024-08-27 |
| CA3239522A1 (en) | 2023-06-22 |
| EP4427010A1 (en) | 2024-09-11 |
| ES3049000T3 (en) | 2025-12-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3960018A (en) | Conformal pressure transducer | |
| CN108458053B (zh) | 用于状况监测的被仪表化的轴 | |
| US11199189B2 (en) | Co-rotating scroll compressor and assembly method therefor | |
| PL245792B1 (pl) | Laboratoryjne stanowisko do badania wpływu przyspieszeń na liniową szybkość spalania stałych rakietowych materiałów pędnych | |
| CN210834180U (zh) | 一种火箭发动机压力测试装置 | |
| US4850229A (en) | Ballistics pressure transducer | |
| KR101812546B1 (ko) | 개선된 유체 공급 장치를 구비한 베어링의 시험 장치 | |
| KR102630199B1 (ko) | 극저온 환경용 안데론미터 및 이를 이용하는 베어링 마찰 토크 측정 방법 | |
| Rastegar et al. | Piezoelectric-based energy-harvesting power sources for gun-fired munitions | |
| KR102613031B1 (ko) | 강내 압력 계측 점검 시스템 | |
| CN110646211A (zh) | 一种火箭发动机压力测试装置及方法 | |
| RU2230926C1 (ru) | Корпус ракетного двигателя твёрдого топлива | |
| RU2694824C1 (ru) | Устройство для испытания пиротехнических средств | |
| CN119618653B (zh) | 一种异形固体火箭发动机离心过载点火试验装置及方法 | |
| CN211042705U (zh) | 一种微型涡喷发动机整机振动测试装置 | |
| US3908470A (en) | Low cost, low pressure gas bearing gyro | |
| CN223741367U (zh) | 一种用于回收试验的一弹多装工装 | |
| KR102115338B1 (ko) | 비접촉식 변위센서를 이용한 핀틀 구동형 위치자세제어장치를 통합점검하는 장치 및 방법 | |
| RU2403430C1 (ru) | Способ стендовых испытаний энергетических узлов, содержащих пиротехнические и/или пороховые составы, и устройство для его реализации | |
| PL244853B1 (pl) | Laboratoryjne stanowisko do badania wpływu temperatury początkowej stałego rakietowego materiału pędnego na liniową prędkość spalania | |
| CN222865725U (zh) | 一种用于膛压测试的大量程动态压力传感器 | |
| CN112344815B (zh) | 一种弹道环境模拟试验装置 | |
| CN221198161U (zh) | 一种嵌入式新型测压弹 | |
| CN222825415U (zh) | 一种用于射流侵蚀实验设备的连接装置 | |
| Rastegar et al. | Event sensing and energy-harvesting power sources for gun-fired munitions |