【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固体火箭发动机推进剂燃速测量领域，特别涉及一种基于光频域反射解调仪的固体推进剂燃速测试结构及方法。
技术介绍
1、固体火箭发动机中固体推进剂的燃速是衡量其性能的重要指标之一。固态推进剂的燃速特性影响飞行器的弹道性能、飞行速度和射程，同时燃烧面推进的燃速也对推进剂配方的改良设计具有重要参考价值。目前，固体推进剂燃速的测量方法主要有：靶线法、高速摄影法、超声波扫描测量法和ct测量法等。其中，靶线法是通过在固体推进剂的起点和终点分别钻孔穿入靶线，通过测量固体推进剂两条靶线之间的燃断时间差，可以得到燃速，这种方法只能测量平均燃速，不能得到固体推进剂燃烧过程中燃速的实时变化情况。高速摄影法、超声波扫描测量法和ct测量法均为非接触式测量，可以在试车过程中实现动态燃速测量。但是高速摄影法易受到推进剂燃烧时烟雾沉积的影响，导致测量失效；超声波测量法易受到火箭发动机壳体、绝热层与推进剂界面和端面之间多次反射的干扰，导致信号解调难度大、测量准确度低；而ct扫描测量法设备体积大、成本高，工程不易实现。因此上述固体推进剂燃速测量方法均存在局限性，需要提出一种测试简单、成本较低、可靠性高的燃速测量方法。
技术实现思路
1、本申请解决的技术问题是：针对现有固体火箭发动机中固体推进剂燃速测量方法的不足，提出了一种基于光频域反射解调仪的固体推进剂燃速测试方法，该方法将单模光纤沿径向埋入固体推进剂内部，使单模光纤随固体推进剂烧蚀长度逐渐减小，通过光频域反射解调仪实时检测埋入固体推进剂中单模光纤的剩余长
2、本申请提供的技术方案如下：
3、第一方面，提供了基于光频域反射解调仪的固体推进剂燃速测试结构，包括单模光纤，固体推进剂设置于燃烧室壳体内，单模光纤沿轴向埋设在固体推进剂内部，单模光纤尾端与固体推进剂初始燃面对齐或者伸出初始燃面，单模光纤另一端从固体推进剂末端引出、并通过连接光缆接到光频域反射解调仪；固体推进剂开始燃烧后，单模光纤随固体推进剂被烧蚀断裂，通过光频域反射解调仪实时解调单模光纤的剩余长度lt；根据单模光纤的初始长度l0、单模光纤的剩余长度lt和固体推进剂的燃烧时间t，计算得到固体推进剂的动态燃速。
4、在一个可实现方式中，所述单模光纤可埋入一根或多根，以满足不同径向区域的燃速测试需求。
5、在一个可实现方式中，所述单模光纤包括从内向外依次设置的纤芯、包层和涂覆层，纤芯和包层为石英材料，涂覆层为聚合物材料，单模光纤的直径≤250μm，以使单模光纤的烧蚀断裂温度≤2000k，且单模光纤随固体推进剂燃烧断裂。
6、在一个可实现方式中，所述光频域反射解调仪基于光频域反射技术实现对单模光纤长度的实时测量；光频域反射解调仪的解调频率≥50hz，空间分辨率≤1mm，测量光纤长度≥20m，可实现多通道测量。
7、第二方面，提供了基于光频域反射解调仪的固体推进剂燃速测试方法，包括：
8、将单模光纤根据上述任一所述的一种基于光频域反射解调仪的固体推进剂燃速测试结构埋入固体推进剂内部，并将单模光纤从固体推进剂末端引出后，通过连接光缆接到光频域反射解调仪。
9、在一个可实现方式中，所述单模光纤埋入固体推进剂内部包括以下步骤：
10、1)将单模光纤轴向穿过燃烧室壳体，使用粘接胶将单模光纤的两端预固定在燃烧室壳体内部两端，并将单模光纤拉直；
11、2)在固定好单模光纤的燃烧室壳体中浇入推进剂药浆，进行固化得到固体推进剂。
12、在一个可实现方式中，所述固体推进剂在tn时刻的动态燃速v(tn)表示为：
13、
14、其中，tn为固体推进剂的燃烧时间，t1＝1/f，tn+1-tn＝1/f，f为光频域反射解调仪的解调频率，ln为tn时刻单模光纤随固体推进剂烧蚀过程中实时剩余的长度，当tn＝tm时，固体推进剂烧蚀完成，测试结束。
15、综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：
16、(1)本专利技术公开的一种基于光频域反射解调仪的固体推进剂燃速测试方法，能够实现固体火箭发动机固体推进剂燃速的实时动态测量，燃速采集频率高、燃速测量范围大、燃速测量分辨率高。
17、(2)本专利技术公开的一种基于光频域反射解调仪的固体推进剂燃速测试方法，将普通单模光纤埋入固体推进剂内部，通过光频域反射解调仪实时测量光纤的剩余长度就可以得到固体推进剂的动态燃速，具有测试简单、成本较低的优势。
18、(3)本专利技术公开的一种基于光频域反射解调仪的固体推进剂燃速测试方法，测试过程中不受外界环境干扰，动态燃速计算方法简单，准确率高，具有可靠性高的优点。
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1.基于光频域反射解调仪的固体推进剂燃速测试结构，其特征在于：包括单模光纤(4)，固体推进剂(31)设置于燃烧室壳体(32)内，单模光纤(4)沿轴向埋设在固体推进剂(31)内部，单模光纤(4)尾端与固体推进剂初始燃面(33)对齐或者伸出初始燃面(33)，单模光纤(4)另一端从固体推进剂末端(34)引出、并通过连接光缆(2)接到光频域反射解调仪(1)；
2.根据权利要求1所述的基于光频域反射解调仪的固体推进剂燃速测试结构，其特征在于：所述单模光纤(4)埋入一根或多根，以满足不同径向区域的燃速测试需求。
3.根据权利要求1所述的基于光频域反射解调仪的固体推进剂燃速测试结构，其特征在于：所述单模光纤(4)包括从内向外依次设置的纤芯、包层和涂覆层，纤芯和包层为石英材料，涂覆层为聚合物材料，单模光纤(4)的直径≤250μm，以使单模光纤的烧蚀断裂温度≤2000K，且单模光纤(4)随固体推进剂(31)燃烧断裂。
4.根据权利要求1所述的基于光频域反射解调仪的固体推进剂燃速测试结构，其特征在于：所述光频域反射解调仪(1)基于光频域反射技术实现对单模光纤(4)
5.基于光频域反射解调仪的固体推进剂燃速测试方法，其特征在于：包括将单模光纤(4)根据权利要求1-4任一所述的一种基于光频域反射解调仪的固体推进剂燃速测试结构埋入固体推进剂(31)内部，并将单模光纤(4)从固体推进剂末端(34)引出后，通过连接光缆(2)接到光频域反射解调仪(1)。
6.根据权利要求5所述的基于光频域反射解调仪的固体推进剂燃速测试方法，其特征在于：所述单模光纤(4)埋入固体推进剂(31)内部包括以下步骤：
7.根据权利要求5所述的基于光频域反射解调仪的固体推进剂燃速测试方法，其特征在于：固体推进剂(31)在tn时刻的动态燃速v(tn)表示为：
...【技术特征摘要】
1.基于光频域反射解调仪的固体推进剂燃速测试结构，其特征在于：包括单模光纤(4)，固体推进剂(31)设置于燃烧室壳体(32)内，单模光纤(4)沿轴向埋设在固体推进剂(31)内部，单模光纤(4)尾端与固体推进剂初始燃面(33)对齐或者伸出初始燃面(33)，单模光纤(4)另一端从固体推进剂末端(34)引出、并通过连接光缆(2)接到光频域反射解调仪(1)；
2.根据权利要求1所述的基于光频域反射解调仪的固体推进剂燃速测试结构，其特征在于：所述单模光纤(4)埋入一根或多根，以满足不同径向区域的燃速测试需求。
3.根据权利要求1所述的基于光频域反射解调仪的固体推进剂燃速测试结构，其特征在于：所述单模光纤(4)包括从内向外依次设置的纤芯、包层和涂覆层，纤芯和包层为石英材料，涂覆层为聚合物材料，单模光纤(4)的直径≤250μm，以使单模光纤的烧蚀断裂温度≤2000k，且单模光纤(4)随固体推进剂(31)燃烧断裂。
4.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇，薛渊泽，唐才杰，王学锋，赵晨，白雪菲，赵俊鹏，郑轩，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：
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