超声波燃速测定方法的探讨


摘    要：利用超声波测厚仪对推进剂燃烧速度进行测试，不仅仅需要考虑测厚仪的特性，还需要了解环境条件改变对测量造成的影响。
关键词：超声波    燃速测定    压力元件
0．绪论
超声波燃速测试在国内是个比较新的技术，在该测试中，我们需要了解的三个基本方面。首先是我们需要了解燃速测试的基本方法和实验装置；其次需要了解超声波测厚的原理；再则需要了解压力测试元件。在测试过程中，我们需要对影响推进剂燃速的因素进行考虑，而这些因素包括温度压力等等，而压力在其中占据着主要地位，这就需要我们选择合适的压力测试元件，符合整个试验的要求。

1．超声燃速测试方法
    超声燃速测定是借助超声波测厚仪通过不停测定在试验装置中燃烧着的推进剂的厚度，来最终达到测定推进剂燃烧速率的目的。该试验是在一个密闭的燃烧罐里进行的。试验装置如下图1.1：
    





    


    


                                图1.1
试验用推进剂含15%HTPB粘合剂，85%AP，浇注在直径1.0英寸，长2.7英寸的管子里。样品座包括推进剂样品、环氧树脂和超声传感器。样品座的作用是使声波进入推进剂，同时把传感器和恶劣的环境隔绝。座体用不锈钢制成，截顶錐形腔内填充环氧树脂，圆柱形的推进剂试件粘接在样品座的顶部。再用环氧树脂填充在推进剂周围，超声传感器则安装在样品座的底部。

2．    测厚原理
超声波测厚是利用其在各种介质内的传播速度不同，即：由一种介质转到另一种介质，必然产生波反射的性能来“做出壁厚度”测定的，即利用波反射的时间差来确定材料厚度。
利用超声回波测定厚度的方法如下：将超声波短脉冲送入物体，当遇到物体的边界时返回，测量超声波脉冲通过被测件所需的时间间隔，然后根据脉冲在被测件中的传播速度求出被测件厚度。被测件厚度可以用下面的式子求出：
D＝(V*T)/2                                （1）
（1）式中，V为被测材料中的声速，T为超声波脉冲在被测件两表面之间往返一次的时间。V对某种材料而言，在特定条件下是可以看为常数的，但是在燃速的测定当中，由于是在密闭容器中进行测量，燃烧时温压都会发生变化，这将影响到超声波在推进剂中的传播速度，在实际应用中，由于推进剂样品温度基本保持恒定，其燃烧表面的热层厚度又较小，因此一般不考虑温度因素的修正，而对于压强的修正，则一般通过试验测量完成。

3．压强修正
3．1 压力测试元件
在此实验中，我们使用的是一个密闭的燃烧罐，通过燃烧罐上的一个小的测压口来测定在推进剂燃烧时罐内的压强变化。由于燃烧罐的压强安全上限为5000psi（1psi＝0.006895mpa），所以我们在选择压力传感器的时候，要注意它的量程范围。
初步选定的是美国Honeywell公司的MM系列的压力传感器，选择量程5000psi，因为该系列产品量程大于500psi的时候可以承受的过压为1.5倍的满量程，可承受的爆破压力为5倍满量程（但不高于30Kpsi）。该系列传感器的物理尺寸如图3.1
 
图3.1
3．2 燃速测试中的压强修正
    利用推进剂自身燃烧产生的燃气在密闭燃烧器中逐渐增压，在一次试验中就可以测出燃速——压强关系曲线。这样做的优点在于推进剂的试验用量较少，试验次数少，且可以获得实时、细致的燃速——压强函数关系，测试结果和药条静态燃速以及发动机动态燃速有较好的一致性。