固体火箭发动机测试与试验技术

发动机处于较长服役期内，其性能的稳定性要求非常严格。影 响性能稳定性的因素很多。首先，固体推进剂的基体是高分子聚 合物，其物理和化学性能随着贮存时间的增长产生老化，这就会 给发动机的性能和工作带来影响或危险性；其次，近来发动机壳 体、喷管广泛采用各种聚合物材料，如玻璃钢、有机纤维复合材
使用过程中受到的影响因素很多，综合起来可分为机械影响、 气候影响及生态影响。航天用发动机还可能受到真空影响、宇宙 射线影响等。但是最常见的影响是机械影响与气候影响。机械影 响来源于各种形式的运输、装卸起吊及飞行中的加速度、离心力， 贮存时装药的自重等等。气候影响如何使用地域上的温差、昼夜 温度交变、高湿度、烟雾、风暴尘埃等。为了保证导弹系统在各 种影响因素作用下都可靠地工作，进行一系列使用性试验来评定、 考验发动机的使用安全性与可靠性是十分必要的。 (举例：运到巴 基斯坦的发动机)
在模样阶段，试验的主要作用在于考核发动机设计方案的可行性、结构 合理性、所采用的各项新技术的相互匹配性、协调性。通过试验暴露问题， 为改进设计指出方向和寻找途径。
在初样阶段，发动机的总体方案已经确定，各部件的结构、材料及推进 剂配方已经基本确定，一般不再做重大调整。这个阶段，发动机要进行大 量的使用性试验即模拟使用环境条件的试验，如：振动、加速度、冲击、运 输、温度循环、贮存等试验。经这些环境试验的发动机一般都要再做地面点 火试验，考核发动机经过环境试验后工作的可靠性。同时还要对发动机的性 能参数作出评价：是否满足全弹的战术技术要求。还要对工艺可行性、稳定 性作出评价。
1) 热环境条件 在温度305K条件下保温10h，再在5h内升温
至325K，保温4h，然后在5h内降低温度至305K;
2) 冷环境条件 在223K温度下保持24h再降至219K;
3) 温度循环 建议发动机在整装状态下作一星期的温度循环试
验。
(5) 贮存试验
便于长期贮存是固体火箭发动机的优点之一，但其贮存期要通 过贮存试验来确定。
和可靠性。冲击试验在冲击试验台上进行。最简单的冲击试验台是自
由落体式试验台，它将发电机提升到一定高度并吊住后释放，发动机
自由落体下冲击到有一定垫层要求的台体基础上，然后检验发发动机
落下冲击后的结构变化与性能变化情况。
(3) 运输试验
运输设备的振动无明显重复性，产生的力是非周期性的，由于道
路不平，引起的冲击扰动是随机性的振荡，按美国专家给出的数据，
固体火箭发动机使用性试验，包括下列几种：
(1)振动试验
固体火箭发动机振动试验是在振动试验台上进行的。振动试验台
由振动激振器、发动机固定装置及控制系统组成。振动试验方法可分
为两类。即谐波激振法和随机激振法。对于军用产品，用随机振动模
拟使用条件较为合理。
(2) 冲击试验
冲击试验的目的是检验发动机在预定的冲击载荷作用下工作性能
试验在发动机研制的预研、模样、初样、试样和批生产诸阶段都 起着重要作用。
在预研阶段，侧重于发动机新的设计理论、新的结构形式、新材 料、推进剂新的配方等单项技术研究与攻关。这期间不仅要做单项 或部件试验，同时也要把诸项新技术综合设计在一个“综合试验发 动机”上做地面点火试验，进行综合考核，来验证发动机新的设计 理论的正确性、新的结构形式的可行性、新材料与新配方的先进性 和工艺适应性。一般说来，只有通过预研阶段充分试验考验过的新 技术才允许在新的型号研制中采用。举例：某水冲压发动机的研制。
在公路上运输的振动频率为2~3Hz,10~20Hz及80~100Hz，加速
度幅值约为 0.5 ~ 30m/ s2；在铁路运输时，频率为3~5Hz，加速度幅
值为 5m/ s2。发动机公路运输条件要规定公路路面等级、运输的距离
及速度。铁路运输试验要规定试验路程、速度等。
(4) 环境条件试验
环境条件指温度、湿度、气压等条件。环境试验的一种主要形 式是试验各种温度状态对发动机性能的影响，参考文献[1]推荐可 用以下温度试验评定短期贮存时发发动机的设计特性：
College of Aerospace and Civil Engineering
固体火箭发动机测试与试验技术
主讲：刘平安
College of Aerospace and Civil Engineering
第一章 概 论
固体火箭发动机试验与测量技术是固体推进技术的重要组成部分。 固体火箭发动机在研制过程中和在交付使用前，必须经历一系列试 验，主要有： (1) 部件试验：如燃烧室壳体静力试验、喷管摆动试验、点火装置发 火试验等(举例：保险机构打不开)； (2) 发动机地面点火试验； (3) 使用性试验，即模拟发动机使用时所处环境条件的试验； (4) 遥测飞行试验：发动机作为全弹(箭)动力装置参与飞行试验。
综上所述，固体火箭发动机试验研究是固体火箭发动研制工作的重要组 成部分，离开了试验，固体火箭发动机技术就无从发展。
பைடு நூலகம்
1.2使用性试验的作用与内容
使用性试验就是发动机在使用过程中受到各种因素影响的试验。 这些因素不论是对单个发动机还是对装在导弹上的发动机，在使 用过程中都可能影响其工作性能和可靠性。为了考验发动机在各 种环境因素影响下的可靠性，使用性试验是不可缺少的。
在试样阶段，一般要进行组成发动机试验，对发动机性能参数的精度作 出评价，所以试样阶段的试验属于精度试验，为飞行试验提供数据。该阶 段试验还要继续考核工艺稳定性，为定型生产提供依据。
在批生产阶段，进行定型后的鉴定性抽样试验。其作用是检验工艺稳定 性与可靠性、检验发动机性能参数是否落在设计规定的范围内。
本书主要论述地面点火试验、试验装置与设备、试验中的测量方 法、数据处理与不确定评估方法以及试验测试常用的传感器、仪 器仪表与系统。
1.1试验的地位与作用
研制新型号固体火箭发动机一般要经历研究、设计、试制、试验 等四个基本环节组成的一个循环。试验在这个循环中处于关键地位。 这不仅因为发动机的性能、精度、可靠性需要通过实验来评定、验 证，而且还因为发动机研制过程中一些主要问题要依靠试验来暴露， 依靠试验来寻找解决问题的途径。举例：某超高速鱼雷使用两台固 体发动机，性能靠试验来保证。