火箭橇加载试验技术研究

火箭橇加载试验技术研究 火箭橇加载试验技术研究 第27卷第6期 2007年11月 爆炸与冲击 EXPL0S10NANDSHOCKWAVES Vo1.27,No.6 NOV.,2007 文章编号:1001—1455(2007)060572—05 火箭橇加载试验技术研究 赵继波,赵峰,谭多望,孙永强,王广军,龚晏青,季宗德 (1.中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理实验室,四川绵阳621900; 2.南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094) 摘要:根据空气动力学和火箭发动机的相关理论,针对600m长无缝滑车轨道,对搭载5Okg有效载荷, 速度为45m/s和搭载100kg有效载荷,速度为200m/s的两种双轨滑车进行了理论估算和试验验证.试验 中,滑车的速度测试采用磁感应法,激光法和高速摄影法三种方法.试验结果表明,三种测试方法获得的滑车 速度值一致,测试结果与理论计算值符合得较好. 关键词:基础力学;加载技术;空气阻力;火箭橇;发动机 中图分类号:O311.2国标学科代码:130?1099文献标志码:A 1引言 火箭橇,又名火箭滑车,是采用火箭发动机作动力,沿着专门建造的轨道运行的一种加载手段[1]. 火箭橇可以按照试验所的运载能力和运行速度进行,受试验件体积,外形和质量限制的影响较 小,因此有极为广泛的应用范围.大至数百千克的全尺寸部件,小至数十克的缩比模型都可以搭载火箭 滑车进行试验,在轨道足够长的情况下,采用不同推力的发动机或不同数量发动机组合作为滑车的动力 源时,滑车的速度可以在几十米每秒至上千米每秒的范围内进行调节,而且火箭橇试验能够很方便地观 察试验结果和重复收集试验数据.可以说,火箭橇加载具有高度的灵活性. 由于火箭橇试验具备诸多优点,二战以后美,英,法,日等国相继研制了许多不同类型,不同用途的 滑车轨道,其中以美国空军的霍洛曼(Holloman)轨道,美国海军的军械试验站(OrdnanceTestStation) 轨道和法国朗德试验中心的轨道最为典型L2].迄今为止,在这些设备上已进行了各种试验上万余次. 2O世纪8O年代以后,在国内,先后建成襄北滑车轨道和051基地轨道两条大型轨道c3],用于航空,兵 器工业高科技等诸多试验研究领域.本文中结合空气动力学和火箭发动机的相关理论,对双轨滑车的 最大速度进行理论估算和试验验证,试图为今后大型火箭橇试验的实施提供参考. 2试验装置及测试系统 火箭橇加载系统由滑车轨道,火箭滑车,发动机,试验件及测试系统组成. 图1典型双轨滑车结构示意图 Fig.1Sketchoftypicallydualrailsled 收稿日期:2006—06—15;修回日期:2006—11一O6 作者简介:赵继波(1977一),男,硕士,助理研究员. 第6期赵继波等;火箭橇加载试验技术研究 I一一77lue一一77l矿一fg (5) 表1滑车速度和运行距离的理论估算 Table1Estimateforvelocityanddistanceofsled 2.2测试系统 采用光电联合测试的方法对滑车的速度进行测量.其中电测采用激光法和磁感应 法同时进行;光 测采用2台相机记录滑车的瞬时速度,其触发通过触发探针来完成. 574爆炸与冲击第27卷 2.2.1电测系统 将激光管和磁线圈集成在一套测试装置中,可 以实现对结果的相互验证,同时减少了测点的布置 便于与示波器连接.滑车底部焊接光挡板,安装磁 铁以便于测速装置发生感应,产生相应的光电,磁电 信号.测速装置见图2所示,每一个测速装置通过 测试电缆,电荷放大器与一台示波器相连接. 2.2.2光测系统 相机幅频均设定为1000S-.,其中的黑白相机 尽量垂直于轨道,记录滑车的瞬时速度,彩色相机与 轨道呈一定的夹角,用于拍摄滑车的加速运动过程. 根据拍摄结果来计算拍摄目标的速度,具体是由拍 摄目标在某一时间段内(约0.05s)的运动距离(用 像素值表示)来进行计算. 2.2.3测试布局及光电联测 图2电测速装置图 Fig.2Eelectronictestsetup formeasurementofvelocity 将距离轨道起点15m处作为滑车发射点,在根据理论估算的加速段和部分减速段 布置电测速装 置共8套.相机布局位置根据估算出的滑车最大速度点的地方和该处地形综合考 虑.图3为典型的测 试整体布局图,图4为光电联合测试示意图. 图3A型滑车测试布局示意图 Fig.3LayoutoftestingonA—typesled ng?off) —]=II:厂]::=二厂一 — Sledstate Vel0:setHcnarseamHOscillogra卜 图4光电联合测试不意图 Fig.4Sketchofphoticandelectronictest 2.3试验结果及分析 2.3.1电测结果 将电测装置从发射端向运行端顺序编号,当滑车通过各测点时,所有的电测装置都完好无损并取得 了较好的数据.根据电测数据,可拟合出滑车在轨道上的运行距离与运行速度之间的关系曲线,如 第6期赵继波等:火箭橇加载试验技术研究 图5所示. 从图5中可看出,激光法测得的速度较磁感应法偏高,而且随着滑车最大速度的降低,这种差异更 明显.可能存在的最主要原因是,激光法测得的信号不需要电荷放大器放大,可以直接读取;而磁感应 法测得的信号很难识别,需要将信号放大读取,且滑车的速度越低,需要放大的倍数也越高,从而产生一 定的系统误差和读数误差;另外,磁感应法涉及人工绕线及安装的问,也可能会带来一定的误差.因 此,从一定程度上可以推断激光法较磁感应法更灵敏,但总体上说这两种电测方法的结果基本一致. 图5滑车速度电测结果 Fig.5Eelectronictestvelocitiesofsledbythetwotestmethods A型滑车的电测结果显示,滑车的最大速度为约47.5m/s,到最大速度的运行距离为约47m,与理 论估算值的相对误差为3.3和4.4%,符合得较好;B型滑车的电测结果显示,滑车的最大速度为约 195m/s,到最大速度的运行距离为约185m,与理论估算值的相对误差为6.25和2.78,虽然也符 合使用要求,但其中的速度误差较A型的速度误差增加了近一倍.产生这种较大偏差的主要原因可能 是当滑车速度范围变大时,阻力曲线与近似估算直线相差较大从而使预估值偏高,即B型滑车的K值 需要修正,解决的方法是应用分段直线逼近阻力曲线并分段进行计算. 2.3.2光测结果 A型滑车试验的光测取到了滑车运行的图像,选取滑车的最前端点为运动特征点,测量其在画幅上 的像素横坐标并由此计算其速度.由于相机的视场范围有限,只能测量滑车运行距离上一小段范围内 的速度.根据像素值计算结果,A型滑车最高速度为约46m/s,从而验证了电测数据的可靠性.B型 滑车试验的光测未取得信号,可能原因是图4中的同步机未复位,没有触发相机. 3结论 针对600m长滑车轨道,结合空气动力学和火箭发动机的相关理论,对两种不同速度的双轨滑车 进行了理论设计和试验验证.试验结果表明,火箭橇发射顺利,运行平稳,测试结果与理论计算值符合 得较好.但是,在某些理论和技术方面还有待于进一步完善.首先,本文所试验的两种滑车最大速度均 在亚音速范围内,空气动力学的阻力公式也是在此基础上进行的近似,不适用滑车作超音速运行的情 况;其次,还有一些关键技术尚待解决,如单轨发射技术,弹车分离技术及刹车技术 等,也需要在今后的 工作中进一步研究. 参考文献: [i-ILarryM,MixonC.Finalreportsleddesigntechniques[R,1.AD-A719715,1971. [2]周真学,周绍慧.国外火箭滑车图册[M].北京:国防工业出版社,1979:1-3. [3]吴国强.中国襄北火箭滑轨试验场[J].国际航空,1996(1):49—5O. WUGuo—qiang.Rocket— sledprovinggroundinXiangbeiChina[J,1.InternationalAviation,1996(1):49—5O. E4]韩振江,张建平.05i基地火箭滑车轨道设计要点分析EJ].中国铁路,2004(11):31 —32. 576爆炸与冲击第27卷 HANZhen-jiang.ZHANGJian-ping.Analysisondesignpointofrocketsledrailin051base[J3?ChineseRan- ways,2004(11):31-32, r5]杨兴邦.XB高精度火箭橇试验滑轨口].中国工程科学,2000,10(2):99-104? YANGXing-bang.XBhighaccuracyrocketsledtesttrack[J].EngineeringScience,2000,10(2):99-104. r6]王铁城.空气动力学实验技术[M].北京:航空工业出版社,1995:2O21? [7]Ne1sonDM,AnkeneyDP.BallisticformulasfortrackcarriagesfRJ.AD-A258573,1961? Researchonloadtechniqueforrocketsled ZHAOJi_bo,ZHAOFeng,TANDuo—wang,SUNYong-qiang, WANGGuang—jun,GONGYan—qing,JIZong—de (1.L口60rn,0rforShfJc愚 WaandDetonationPhysicsResearch,InstituteofFluidPhysics' Chi,2?AcndPmYofEngineeringPhysics,Mianyang621900'Sichuan'China; 2.Mec口,2c口ZEngineeringCollege,NanjingUniversityofScienceandTechnology' Nanjing210094,Jiangsu,China) Abstract:Baseonaerodynamicsandrelatedrocketenginetheories'tWOtypesofdual— ralsledswere designedandexDerimenta11ytestedona600mlongnon— gapsledrail.Velocitiesofsledweremeasured byusingthethreemethodsofmagneticinduction,laserinterferometryandhighspeedphotography respectlvely.Theirspeedsreached45m/sunder50kgloadand200m/sunder100kgloadrespective一 1v.EXDerimenta1resultsindicatethatthevelocitiesobtainedbythethreetesttechniquesareconslstent witheachotherandthemeasuredvelocitiesareingoodagreementwiththecalculatedresult? Keywords:basicmechanics;1oadtechniques;resistance0fair;rocketsled;rocket Correspondingauthor:ZHA()Ji-bo E-mai1address:abcdef_z@163.corn Telephone;86—816—2481143