淺析火箭發(fā)動機殼體襯層固化的溫度控制系統(tǒng)論文

　　火箭發(fā)動機是噴氣發(fā)動機的一種，將推進劑貯箱或運載工具內的反應物(推進劑)變成高速射流，由于牛頓第三運動定律而產生推力?；鸺l(fā)動機可用于航天器推進，也可用于導彈等在大氣層內飛行。大部分火箭發(fā)動機都是內燃機，也有非燃燒形式的發(fā)動機。大部分發(fā)動機靠排出高溫高速燃氣來獲得推力，固體或液體推進劑(由氧化劑和燃料組成)在燃燒室中高壓(10-200 bar)燃燒產生燃氣。以下是學習啦小編今天為大家精心準備的：淺析火箭發(fā)動機殼體襯層固化的溫度控制系統(tǒng)相關論文。內容僅供參考，歡迎閱讀!

　　淺析火箭發(fā)動機殼體襯層固化的溫度控制系統(tǒng)全文如下：

　　【摘要】：襯層介于火箭發(fā)動機推進劑與殼體之間,是由一層黏彈性物質經固化后形成的,起界面粘接作用。在固化的過程中溫度對襯層性能的影響較為關鍵。針對加熱時溫度的均勻性、加熱速率控制的準確性以及固化設備結構復雜性等問題,提出了旋轉固化熱風循環(huán)的加熱方式,設計了以PLC為基礎的火箭發(fā)動機殼體襯層固化溫度控制系統(tǒng),并編制了控制流程與程序。

　　【關鍵詞】： 襯層 旋轉固化 PLC 火箭發(fā)動機殼體

　　引言

　　火箭發(fā)動機殼體襯層初始狀態(tài)是一種高黏度流體，固化后將推進劑牢固地粘接到絕熱層或發(fā)動機殼體上，其主要功能是粘接和緩沖應力，兼有隔熱和限燃的作用。固化過程中要求溫度控制準確、加熱均勻。目前常用的烘干設備有兩種：一種是蒸汽或電加熱的烘箱，該加熱器一般采用鎳鉻絲電阻器件，并將加熱器設置于烘箱的底部，這種結構的烘箱溫度在豎直方向上呈梯度分布，極不均勻;另一種是將風機安裝在烘箱的側壁上，通過風機工作將外部熱源的熱量通入到箱體內，以此來烘干箱體內的物品，所以加熱溫度比較均勻，但并未采用循環(huán)風，會造成熱能的浪費且烘干室內溫度不穩(wěn)定。

　　面對大體積火箭發(fā)動機殼體襯層固化的復雜性及對溫度控制要求較高等問題，綜合熱風循環(huán)、間接加熱方式及旋轉固化的優(yōu)點，提出了將旋轉固化技術與熱風循環(huán)相結合的新型加熱方式。即將烘干設備設計成熱風循環(huán)系統(tǒng)，通過風機將加熱箱內的熱風吹到烘干箱體內，經熱交換后再將烘干箱體內的氣體送回到加熱箱內，同時對火箭殼體進行旋轉，以達到均勻加熱的目的。考慮襯層固化過程中對溫度控制的復雜性，采用高精度的溫度傳感器實時監(jiān)測加熱溫度，運用PLC對火箭發(fā)動機殼體襯層旋轉固化的熱風循環(huán)控制系統(tǒng)進行設計，實現對固化設備的遠程自動控制。

　　1　襯層旋轉固化設備的加熱原理及結構設計

　　涂層材料噴涂于火箭發(fā)動機殼體完畢后，在較低的轉速下實施烘干以達到涂層材料與熱風接觸均勻的目的?？諝庾鳛闊崃枯d體在加熱室中受熱后經送風管道送入烘干室，然后與襯層材料接觸產生對流熱交換。通過對流換熱的方式將熱量傳遞給工件涂層，使涂層材料固化形成襯層。完成對流熱交換的空氣經過帶有風機的回風管路送回到加熱室內再次進行加熱，形成循環(huán)回路，為烘干室提供了穩(wěn)定的加熱環(huán)境。整個熱風輸送采用下送上回方式進行循環(huán)，即送風管設置在烘干室底部工件的下部，回風管設置在烘干室上部空余空間，由于熱空氣上升冷空氣下降，涂層上下溫度分布比較均勻且整體的溫度恒定。

　　襯層固化的熱循環(huán)系統(tǒng)主要由空氣加熱室、輸風管路和烘干室組成。烘干室是整個設備的關鍵部件，主要用于大尺寸的兩組火箭殼體涂層固化。烘干室室體的主要作用是將室內環(huán)境與室外環(huán)境隔絕，防止烘干室內的熱量向外界流失且具有一定的承載能力。烘干室內部設立兩組支座，要求支座具有旋轉工件功能且速度可控;室體采用矩形框架基本形式，即由框架和護壁構成箱式封閉空間結構。

　　箱體框架骨架采用12#方管，內外壁采用A3碳鋼冷扎板，在內、外壁之間填充100mm厚酚醛保溫板。加熱室用來加熱烘干室內的循環(huán)空氣，使進入烘干室的混合氣體保持在一定的工作溫度范圍內。熱源選用金屬管式加熱器，加熱器交錯均布于循環(huán)風機前的回風段內室體側壁上。加熱室框架采用矩形框架基本形式，內、外壁均采用3mm 厚的A3碳鋼冷扎板，保溫材料選150mm 厚的酚醛保溫板。輸風管路均采用SUS430不銹鋼無縫鋼管，管路采用保溫措施，空氣動力裝置選用耐高溫的DZ500調速離心風機。

　　2　襯層旋轉固化設備控制系統(tǒng)的硬件設計

　　火箭發(fā)動機殼體襯層旋轉固化設備的烘干系統(tǒng)采用上、下位機進行控制?？刂屏恐饕虚_關輸出量和模擬輸入量兩類。計算機編制好控制程序后通過通訊接口RS-485傳輸到PLC 中，PLC執(zhí)行程序運行輸出數字控制信號后通過D/A輸出模擬信號，模擬信號通過變頻調速器改變電流、電壓，最后實現對執(zhí)行元件的即時控制;

　　同時溫度傳感器和風速傳感器將采集的信號通過變送器后放大，放大的信號經過A/D 轉換器后變成數字信號反饋給PLC，PLC程序作出判斷并進行下一個程序循環(huán)。由于溫度控制的復雜性，PLC選用三菱的FX2N-32MR作為基本控制單元，PC與PLC之間采用RS-458進行通訊。對溫度和風速信號采集分別采用一體化溫度傳感器SBWZ-2480/44si 和一體化風速傳感器AV　104H-2-10-10-T-30-1，顯示儀表采用單輸入通道數字式智能儀表XST/A-H3VTT0A2B5S0V0。控制柜與現場執(zhí)行元件通過控制電纜連接以實現遠程控制。

　　3　襯層旋轉固化設備控制系統(tǒng)的軟件設計

　　3.1　控制系統(tǒng)的程序設計

　　襯層旋轉固化設備的加熱保溫系統(tǒng)控制較復雜，本文運用模塊化設計思想，采用“化整為零”的方法，將控制程序分為公用程序、手動程序及自動程序3部分。

　　分別編出這些程序后，再“積零為整”，用子程序調用指令調用手動程序和自動程序。系統(tǒng)運行時首先執(zhí)行公用程序，當選擇手動工作方式時(X020接通)跳至手動程序執(zhí)行，當選擇自動工作方式時(X021或X022接通)跳至自動程序執(zhí)行，系統(tǒng)實行自動控制并完成操作。

　　3.2　溫度控制系統(tǒng)的控制流程

　　程序初始化后，火箭發(fā)動機殼體開始旋轉并啟動風機，利用風速傳感器對烘箱內風速信號進行采集，通過對風速信號分析進行PID運算，判斷出風機是否正常工作。若風機不正常工作，重新進行調試，再次啟動風機。待風機能夠正常工作后，啟動常開組電加熱管進行加熱，采用溫度傳感器對各測量點進行數據采集，經溫度PID運算，控制調節(jié)電加熱管以實現對溫度的調節(jié)。涂層完全固化后關閉常開組電加熱管，關閉風機，待烘干室降到一定溫度時，開啟烘干室換裝下一組殼體，關閉烘干室門，進行下一個循環(huán)。

　　4　結語

　　通過對襯層旋轉固化的加熱與保溫控制系統(tǒng)的研究，提出了旋轉固化熱風循環(huán)的加熱方式，選擇了以PLC為基礎的控制系統(tǒng)，并完成了對控制系統(tǒng)的硬件設計以及程序編制。采用上位機控制系統(tǒng)實現了自動化和遠程控制的設計理念，使操作系統(tǒng)更智能化、人性化。