精確測量推進(jìn)劑燃速是研究固體火箭發(fā)動機(jī)彈道性能的關(guān)鍵需求.利用超聲波回波法對燃速動態(tài)測試是目前最先進(jìn)的方法之一.針對測量過程中超聲波通過碳纖維發(fā)動機(jī)外殼時(shí)衰減程度大的問題,通過分析碳纖維復(fù)合材料中的超聲波傳播和衰減特性,完善了超聲波在碳纖維復(fù)合材料中的傳輸模型.采用200 kHz～2 MHz的超聲波探頭作為激勵(lì)源,搭建了超聲波衰減系數(shù)測試平臺對2～7 cm厚度碳纖維復(fù)合材料樣本進(jìn)行驗(yàn)證.結(jié)果表明,對同一厚度的樣品測試時(shí),頻率每增加100 K衰減系數(shù)增加0.108～0.187 dB,使用同一超聲頻率測試時(shí),厚度每增加1 cm衰減系數(shù)增加0.529～0.815 dB.通過此衰減模型可以為超聲波檢測頻率的選取提供參考,有效提升固體火箭發(fā)動機(jī)的燃速測試精度.

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【部分圖文】：

圖1固體火箭發(fā)動機(jī)燃速超聲波測試裝置

固體火箭發(fā)動機(jī)燃速的超聲波測試裝置如圖1所示,將多個(gè)超聲波換能器分段固定在發(fā)動機(jī)外殼的不同位置,并且填充耦合材料增強(qiáng)超聲波的傳輸能力.當(dāng)測量固體火箭的位置分別為A,B點(diǎn)時(shí),發(fā)動機(jī)外殼的厚度t1,t2也會不同.隨著外殼厚度的增加,碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料由于....

圖2超聲波直探頭的聲壓分布

當(dāng)超聲波傾斜入射到樣品截面時(shí),會出現(xiàn)類似光學(xué)規(guī)律的反射與折射現(xiàn)象,而且因?yàn)槿肷涿}沖信號的偏振不同,可能會激勵(lì)出界面波,從而影響回波幅度等參量,使得到的數(shù)據(jù)難以分析.因此實(shí)驗(yàn)中使用超聲波直探頭并保證入射脈沖信號垂直于樣品,通過使用COMSOL對超聲波直探頭的聲場特性進(jìn)....

圖3固體火箭發(fā)動機(jī)燃速測量超聲回波示意圖

超聲波信號由探頭發(fā)射穿過耦合劑,在遇到碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料時(shí)由于材料聲阻抗不同會形成反射回波信號,一部分聲波在到達(dá)耦合劑與碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的接觸界面會反射回去;另一部分穿過界面,到達(dá)碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的底面進(jìn)行反射.設(shè)耦合劑厚度為d1,碳....

圖4衰減系數(shù)測試平臺

表1碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料參數(shù)Tab.1Parametersofcarbonfiberreinforcedepoxyresinmatrixcomposites材料碳纖維復(fù)合材料楊氏模量/GPa67.5密度/g·cm-31.54～1.58泊....

本文編號：3910641