火箭发动机原理课程教学实验一

固体火箭发动机地面点火及推力、压强测试实验（火箭发动机原理课程教学实验一）

实验指导书

西北工业大学航天学院

一、实验目的

1、学习固体火箭发动机地面点火及推力、压强测试的方法；

2、掌握实验中推力传感器、压强传感器的标定方法；

3、利用实验结果（数据或曲线）、参照火箭发动机原理课程教学中介绍的方

法，处理参试发动机的特征速度（*c）、比冲（s I）和推力系数（F C）。

二、实验内容要求

1、清点参试发动机的零部件、检查零部件的齐套情况；

2、记录实验前发动机的喷管喉径、固体推进剂装药的结构参数；

3、检查实验数据采集系统、点火控制系统，确保各系统正常可靠工作；

4、标定实验中使用的推力、压强传感器；

5、称量点火药并制作点火药盒、装配实验发动机，做好点火实验前的一切

准备工作；

6、发动机点火，并采集P~t和F~t曲线；

7、完成实验数据处理及实验报告。

三、实验原理

固体火箭发动机设计完成之后，要进行地面静止实验，测量P~t和F~t曲线，然后进行数据处理，检查技术指标是否达到设计要求。如果没有达到，还要进一步修改设计，再次进行地面实验，直至达到设计要求。因此，学习固体火箭发动机的实验方法，对一个固体火箭发动机设计人员来说就显得特别重要。

由于发动机工作时将伴随着强大的振动和噪声，有时还有毒性、腐蚀性和爆炸的危险，因此为了保证试验人员的安全和健康、保护贵重的仪器仪表，必须采用远距离操纵和测量的方法，即采用非电量电测法。

为了获得发动机的P~t和F~t曲线，通过安装在发动机上的压强传感器和推力传感器，将被测的压强和推力信号转变为电压信号，电压信号经放大后由计算机数据采集系统保存。由于传感器输出的是电压信号，而实验需要得到的是推力和压强信号（实际物理量），因此实验前应对所采用的传感器进行标定，标定的目的是为了建立传感器电压信号和实际物理量之间的关系，只要将标定结果输入到计算机采集系统中，在信号采集时，采集系统将按照标定结果将测得的电信号

转换成实际物理量，即可获得P~t 和F~t 曲线。实验原理框图如下：

四、 实验设备

1. 实验发动机、试车台、测控台。

2. 测量设备：（活塞式）压强标定计、压力表、（应变式）压强传感器、动态

应变放大器、三等推力标定计、推力传感器、数据采集系统（计算机、数

试车台

测控台

大、小两台试验发动机

据采集卡）。

3. 其他：计量天平、游标卡尺。 五、 实验步骤

1. 准备工作

（1） 发动机准备：检查并齐套发动机各零、部件，测量喷管喉径t d ； （2） 主装药准备：检查药柱外表面质量，并称量药柱质量p M ； （3） 点火药准备：称量7克小粒2号黑火药，并作一个点火药包； （4） 检查实验数据采集系统、点火控制系统。 2. 传感器标定

本次实验压强传感器的标定采用活塞式油压标定计，推力传感器的标定采用三等标准测力计。下面以压强传感器的标定为例，说明标定过程要进行的工作。 （1） 利用活塞式油压标定计加载几个压强，同时采集每个压强所对应的电

压值。压强的加载可以是等间距的，也可以在测量点附件多加载几个点，最后获得如下的数据格式： P 1 V 1 // P 代表标定物理量；

P 2 V 2 // V 代表与之相对应的电压值。 … … P n V n

（2） 数据拟合

根据标定时获得的｛Pi ，Vi ｝数据，拟合三阶有理式（也可以是低阶的）曲线，得到K 3、K 2、K 1、K 0四个参数。构成实际被测物理量P 与测量电压V 的关系如下：

P K V K V K V K =+++3322110

活塞式压力标定计

推力标定计

其中： P代表标定物理量；

V 代表对应的电压值；

K0～K3代表标定系数。

（3）将拟合的结果（K0～K3）输入到计算机采集系统中，在信号采集结束时，按照上述的公式即可将测得的电信号转换成实际物理量。

对推力传感器，利用三等标准测力计进行同样的标定过程。

3.安装、准备工作

（1）将发动机各零部件、主装药、点火药包装配，并将装配好的发动机安装于试车台上；

（2）将压强传感器和推力传感器安装在发动机上；

（3）检查各测试设备的工作状态；

（4）全部人员离开实验间，由一人去连接点火线，连接点火线之前一定要注意将点火线的另一短短接；

（5）关闭实验间铁门。

4.发动机点火实验

（1）检查点火电阻、再次检查各测试设备的工作状态，设置好数据采集系统，等待触发；

（2）发点火指令，发动机点火工作、采集系统进行实验过程中数据的采集；（3）保存所采集到的实验数据；

（4）拆卸参试发动机，清理干净并涂防锈油，完成了实验。

实验中应注意的事项：

（1）装配发动机时一定要安装挡药板，否则容易引起事故；

（2）连接点火线时一定要注意将点火线的另一端短接，以确保连接接点火线时的安全；

（3）实验前认真检查测试仪器的状态，包括应变放大器和数据采集的系统的工作状况和参数设置。