(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211069721.9 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市孝陵卫20 0号 (72)发明人 张伟　王志文　鲍立荣　谢海明　 向书杰　沈瑞琪　叶迎华　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 专利代理师 张玲 (51)Int.Cl. G01N 31/12(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种磁动力式电控固体推进剂燃烧性能测 试系统及方法 (57)摘要 本发明为一种磁动力式电控固体推进剂燃 烧性能测试系统及方法。 包括支 撑架， 点火装置， 磁片， 电磁铁， PD应力控制集成模块， 数据采集子 系统和PC端； 点火装置下方连接磁片， PD应力控 制集成模块设置在点火装置下方， 其上设置电磁 铁， PD应力控制集成模块通过调控电流以使 点火 装置与电磁铁之间的作用力恒定不变， 从而推动 点火装置电控固体推进剂滑动， 保持推进剂与正 负极的动态接触。 本发明适用于各种体系电控固 体推进剂测试， 系统全区域的参数均可通过PC端 调制， 可同时诊断电控固体推进剂的多级点火延 迟时间、 点火所需能量、 动态燃速、 动态电流、 燃 速随电可调能力、 燃温、 火焰结构形态和熄火延 迟时间等燃烧性能。 权利要求书3页 说明书6页 附图4页 CN 115389699 A 2022.11.25 CN 115389699 A 1.一种磁动力式电控固体推进剂燃烧性能测试系统， 其特征在于， 包括光学平台(14)， Z轴可移动式点火装置支撑架(1)， 开孔水平支撑架(2)， 内孔贯穿 “三明治”构型点火装置 (3)， 磁片(4)， 电磁铁(5)， PD应力控制集成模块(6)， 用于对过程中的信 号进行采集的数据 采集子系统和PC端； 内孔贯穿“三明治”构型点火装置(3)通过开孔水平支撑架(2)设置在Z轴可移动式点火 装置支撑架(1)上， 点火装置(3)下方连接磁片(4)， PD应力控制集成模块(6)设置在点火装 置(3)下方， 其上设置电磁铁(5)， PD应力控制集成模块(6)通过调控电流以使点火装置(3) 与电磁铁(5)之间的作用力恒定不变， 从而推动点火装置(3)电控固体推进剂滑动， 保持推 进剂与正负极的动态接触。 2.根据权利 要求1所述的系统， 其特征在于， 还包括于Z轴微距调 节底座(7)， Z轴微距调 节底座(7)设置在光学平台(14)上， PD应力控制集成模块(6)设置在Z轴微距调节底座(7) 上； 开孔水平支撑架(2)通过滑块可移动的设置在Z轴可移动式点火装置支撑架(1)上； 通过调节开孔水平支撑架(2)在Z轴可移动 式点火装置支撑架(1)上的位置， 实现对点 火装置(3)和电磁铁(5)距离的粗调； 通过Z轴微距调节底座(7)， 实现对点火装置(3)和电磁铁(5)距离的细调， 以改变初始 磁力。 3.根据权利要求2所述的系统， 其特征在于， 内孔贯穿 “三明治”构型点火装置(3)包括 正极夹板(15)， 绝缘垫片(16)， 轴承负极轨道(17)， 正极格栅(18)， 负极板(19)和电磁隔离 棒(20)； 正极格栅(18)插装在正极夹板(15)中， 负极板(19)、 电磁隔离棒(20)和磁片(4)连接一 体， 负极板(19)和电磁隔离棒(20)通过绝缘螺杆连接， 固体推进剂放置在负极板(19)和正 极格栅(18)之间， 通过磁力作用在轴承负极轨道(17)中推动电控固体推进剂滑动， 保持推 进剂与正负极的动态接触； 两个绝缘垫片(16)分别位于正极夹板(15)、 轴承负极轨道(17)和轴承负极轨道(17)、 开孔水平支撑架(2)之间。 4.根据权利要求3所述的系统， 其特征在于， 正极夹板(15)， 轴承负 极轨道(17)， 正极格 栅(18)， 负极板(19)的材质均为3 04材质和316材质中的一种或两种； 绝缘垫片(16)的材质为陶瓷材质和PTFE材质中的一种或两种； 电磁隔离棒(20)的材质为PTFE材质。 5.根据权利要求4所述的系统， 其特征在于， 数据采集子系统包括激光位移传感器(8)， 光电传感器(9)， 电流探 头(10)， 电压 探头(11)， 红外相机(12)和高速摄 像机(13)； 激光位移传感器(8)置于磁片(4)的下方， 实时测量磁片(4)实时位移距离； 光电传感器 (9)水平对准点火装置(3)的上端口， 实时测量推进剂燃烧 时火焰光强； 电流探头(10)和电 压探头(11)置于光学平台(14)之上， 测试线通过电流探头(10)， 当测试线中有电流通过时， 电流探头(10)实时测量动态电流， 电压探头(11)正负两触点分别与测试线节点A和B连接， 两节点分别位于点火装置(3)的正负极两端的前后测试线 上， 当两节点间存在电势差时， 电 压探头(11)测量点火装置两端的电压； 红外相机(12)和高速摄像机(13)水平对准于点火装 置(3)的上端口， 记录 燃烧过程中的红外图像和燃烧火焰图像。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115389699 A 26.根据权利要求5所述的系统， 其特 征在于， 还 包括示波器(26)； 激光位移传感器(8)， 光电传感器(9)， 电流探头(10)和电压探头(11)的数据以＞10kHz 速率实时传输采集至示波器(26)； 红外相机(12)和高速摄 像机(13)图像以＞10 00fps帧率实时传输 至PC端(27)； 示波器(26)和PC端(27)同步触发。 7.根据权利 要求6所述的系统， 其特征在于， 还包括可编程电源A(24 ‑1)和可编程电源B (24‑2)； 所述的轴承负 极轨道与可编程电源A(24 ‑1)的负极端通过节点B(23 ‑2)相连， 正极夹板 (15)与可编程电源A(24 ‑1)的正极端通过节点A(23 ‑1)相连； 可编程电源B(24 ‑2)通过电流传输线(21)给P D应力控制集成模块(6)供电。 8.根据权利要求7所述的系统， 其特征在于， 还包括用于回路中控制开路和闭路的延时 继电器模块(25)。 9.根据权利要求8所述的系统， 其特征在于， 可编程电源A(24 ‑1)、 B(24‑2)和延时继电 器模块(25)的参数调制通过PC端(27)控制； 固定应力值随电控固体推进剂配方组分变化而变化， 由PC端(27)通过信号传输线(22) 给集成模块(6)设定 。 10.一种磁动力电控固体推进剂燃烧性 能测试计算方法， 其特征在于， 包括电控固体推 进剂多级点火延迟时间、 点火所需能量、 动态燃速、 动态电流、 燃速随电可调能力、 燃温、 火 焰结构形态和熄火延迟时间的计算方法； (1)电控固体 推进剂点火延迟时间 电控固体 推进剂点火延迟时间ti,n： ti， n＝t1， n‑t0， n(n＝1， 2， ...) 其中， t0,n和t1,n分别是推进剂两端施加电压和光电传感器采集到推进剂 火焰信号的时 刻， n代表点火级数； (2)电控固体 推进剂点火所需能量 电控固体 推进剂点火所需能量 Qi,n： 其中， U和I分别是推进剂电控燃烧时的电压和动态电流， n代 表点火级数； (3)电控固体 推进剂动态燃 速 电控固体推进剂药柱已燃烧厚度等同于负极板 ‑电磁隔离棒 ‑磁片的运动距离， 动态燃 速为(rn)t： 其中， Δt为负极板 ‑电磁隔离棒 ‑磁片的任意一小段运动时间； Δd为负极板 ‑电磁隔离 棒‑磁片在Δt时间内运动距离， n代 表点火级数； (4)电控固体 推进剂动态电流 电控固体 推进剂燃烧过程中电流变化可以从示波器记录的电流变化曲线获得； (5)电控固体 推进剂燃 速随电可调能力权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115389699 A 3