淺析火箭發動機殼體襯層固化的溫度控制系統論文

　　火箭發動機是噴氣發動機的一種，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，由於牛頓第三運動定律而產生推力。火箭發動機可用於航天器推進，也可用於導彈等在大氣層內飛行。大部分火箭發動機都是內燃機，也有非燃燒形式的發動機。大部分發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。以下是小編今天為大家精心準備的：淺析火箭發動機殼體襯層固化的溫度控制系統相關論文。內容僅供參考，歡迎閱讀!

　　淺析火箭發動機殼體襯層固化的溫度控制系統全文如下：

　　【摘要】：襯層介於火箭發動機推進劑與殼體之間,是由一層黏彈性物質經固化後形成的,起介面粘接作用。在固化的過程中溫度對襯層效能的影響較為關鍵。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裝置結構複雜性等問題,提出了旋轉固化熱風迴圈的加熱方式,設計了以PLC為基礎的火箭發動機殼體襯層固化溫度控制系統,並編制了控制流程與程式。

　　【關鍵詞】： 襯層 旋轉固化 PLC 火箭發動機殼體

　　引言

　　火箭發動機殼體襯層初始狀態是一種高黏度流體，固化後將推進劑牢固地粘接到絕熱層或發動機殼體上，其主要功能是粘接和緩衝應力，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。目前常用的烘乾裝置有兩種：一種是蒸汽或電加熱的烘箱，該加熱器一般採用鎳鉻絲電阻器件，並將加熱器設置於烘箱的底部，這種結構的烘箱溫度在豎直方向上呈梯度分佈，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，以此來烘乾箱體內的物品，所以加熱溫度比較均勻，但並未採用迴圈風，會造成熱能的浪費且烘乾室內溫度不穩定。

　　面對大體積火箭發動機殼體襯層固化的複雜性及對溫度控制要求較高等問題，綜合熱風迴圈、間接加熱方式及旋轉固化的優點，提出了將旋轉固化技術與熱風迴圈相結合的新型加熱方式。即將烘乾裝置設計成熱風迴圈系統，通過風機將加熱箱內的熱風吹到烘乾箱體內，經熱交換後再將烘乾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複雜性，採用高精度的溫度感測器實時監測加熱溫度，運用PLC對火箭發動機殼體襯層旋轉固化的熱風迴圈控制系統進行設計，實現對固化裝置的遠端自動控制。

　　1　襯層旋轉固化裝置的加熱原理及結構設計

　　塗層材料噴塗於火箭發動機殼體完畢後，在較低的轉速下實施烘乾以達到塗層材料與熱風接觸均勻的目的。空氣作為熱量載體在加熱室中受熱後經送風管道送入烘乾室，然後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塗層，使塗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迴風管路送回到加熱室內再次進行加熱，形成迴圈迴路，為烘乾室提供了穩定的加熱環境。整個熱風輸送採用下送上回方式進行迴圈，即送風管設定在烘乾室底部工件的下部，迴風管設定在烘乾室上部空餘空間，由於熱空氣上升冷空氣下降，塗層上下溫度分佈比較均勻且整體的溫度恆定。

　　襯層固化的熱迴圈系統主要由空氣加熱室、輸風管路和烘乾室組成。烘乾室是整個裝置的關鍵部件，主要用於大尺寸的兩組火箭殼體塗層固化。烘乾室室體的主要作用是將室內環境與室外環境隔絕，防止烘乾室內的熱量向外界流失且具有一定的承載能力。烘乾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;室體採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。

　　箱體框架骨架採用12#方管，內外壁採用A3碳鋼冷扎板，在內、外壁之間填充100mm厚酚醛保溫板。加熱室用來加熱烘乾室內的迴圈空氣，使進入烘乾室的混合氣體保持在一定的工作溫度範圍內。熱源選用金屬管式加熱器，加熱器交錯均佈於迴圈風機前的迴風段內室體側壁上。加熱室框架採用矩形框架基本形式，內、外壁均採用3mm 厚的A3碳鋼冷扎板，保溫材料選150mm 厚的酚醛保溫板。輸風管路均採用SUS430不鏽鋼無縫鋼管，管路採用保溫措施，空氣動力裝置選用耐高溫的DZ500調速離心風機。

　　2　襯層旋轉固化裝置控制系統的硬體設計

　　火箭發動機殼體襯層旋轉固化裝置的烘乾系統採用上、下位機進行控制。控制量主要有開關輸出量和模擬輸入量兩類。計算機編制好控制程式後通過通訊介面RS-485傳輸到PLC 中，PLC執行程式執行輸出數字控制訊號後通過D/A輸出模擬訊號，模擬訊號通過變頻調速器改變電流、電壓，最後實現對執行元件的即時控制;

　　同時溫度感測器和風速感測器將採集的訊號通過變送器後放大，放大的訊號經過A/D 轉換器後變成數字訊號反饋給PLC，PLC程式作出判斷並進行下一個程式迴圈。由於溫度控制的複雜性，PLC選用三菱的FX2N-32MR作為基本控制單元，PC與PLC之間採用RS-458進行通訊。對溫度和風速訊號採集分別採用一體化溫度感測器SBWZ-2480/44si 和一體化風速感測器AV　104H-2-10-10-T-30-1，顯示儀表採用單輸入通道數字式智慧儀表XST/A-H3VTT0A2B5S0V0。控制櫃與現場執行元件通過控制電纜連線以實現遠端控制。

　　3　襯層旋轉固化裝置控制系統的軟體設計

　　3.1　控制系統的程式設計

　　襯層旋轉固化裝置的加熱保溫系統控制較複雜，本文運用模組化設計思想，採用“化整為零”的方法，將控制程式分為公用程式、手動程式及自動程式3部分。

　　分別編出這些程式後，再“積零為整”，用子程式呼叫指令呼叫手動程式和自動程式。系統執行時首先執行公用程式，當選擇手動工作方式時***X020接通***跳至手動程式執行，當選擇自動工作方式時***X021或X022接通***跳至自動程式執行，系統實行自動控制並完成操作。

　　3.2　溫度控制系統的控制流程

　　程式初始化後，火箭發動機殼體開始旋轉並啟動風機，利用風速感測器對烘箱內風速訊號進行採集，通過對風速訊號分析進行PID運算，判斷出風機是否正常工作。若風機不正常工作，重新進行除錯，再次啟動風機。待風機能夠正常工作後，啟動常開組電加熱管進行加熱，採用溫度感測器對各測量點進行資料採集，經溫度PID運算，控制調節電加熱管以實現對溫度的調節。塗層完全固化後關閉常開組電加熱管，關閉風機，待烘乾室降到一定溫度時，開啟烘乾室換裝下一組殼體，關閉烘乾室門，進行下一個迴圈。

　　4　結語

　　通過對襯層旋轉固化的加熱與保溫控制系統的研究，提出了旋轉固化熱風迴圈的加熱方式，選擇了以PLC為基礎的控制系統，並完成了對控制系統的硬體設計以及程式編制。採用上位機控制系統實現了自動化和遠端控制的設計理念，使作業系統更智慧化、人性化。