固体火箭发动机用嵌入式微型应力传感器的安装方法

技术领域

本发明涉及微型应力传感器的安装方法，具体为一种固体火箭发动机用嵌入式微 型应力传感器的安装方法。

背景技术

应力是表征固体火箭发动机结构损伤状态演化的重要参数。随着固体火箭发动机 研究的深入，需要一种方法能够实现实时监测发动机药柱内部和界面应力的变化，实 现发动机健康预测/诊断，进而为发动机寿命预估提供一种新的有效技术手段，提高发 动机寿命预估水平和准确性。

目前，国内已有具备嵌入能力的微型应力传感器，但尚无此类传感器安装在固体 火箭发动机内部的安装方法和操作步骤。这主要是由于固体火箭发动机的特殊性，其 内部装有高能推进剂药柱，如果传感器安装不当可能会对发动机结构的完整性产生一 定的影响，甚至引致危险发生。

发明内容

由于用于固体火箭发动机健康监测的嵌入式微型应力传感器刚完成研制，处于初 步应用阶段，尚未有微型应力传感器在固体火箭发动机内部的相关安装方法，发明人 经过理论研究和技术分析，结合固体火箭发动机的实际结构和生产工艺，通过建立固 体火箭发动机结构的有限元模型，分析药柱中界面应力变化情况，进而提出一种固体 火箭发动机用嵌入式微型应力传感器的安装方法，安全准确地将嵌入式微型应力传感 器安装在固体火箭发动机内部进行界面应力测量，确保传感器的安装既不会影响火箭 发动机的结构完整性，同时还能正常工作，获得较为准确的发动机界面应力数据。

本发明的技术方案为：

所述一种固体火箭发动机用嵌入式微型应力传感器的安装方法，其特征在于：包 括以下步骤：

步骤1：根据微型应力传感器在发动机内的安装位置对微型应力传感器进行编号， 并对每个微型应力传感器零点进行检测；

步骤2：在固体火箭发动机推进剂安装之前，在固体火箭发动机绝热层内表面开 微型应力传感器埋入孔，微型应力传感器埋入孔的开孔深度满足微型应力传感器装入 微型应力传感器埋入孔后，微型应力传感器表面与固体火箭发动机绝热层内表面齐平；

步骤3：对微型应力传感器埋入孔和微型应力传感器表面进行清洁，再将粘结剂 涂在微型应力传感器埋入孔内及微型应力传感器底面及外表面；将微型应力传感器装 入微型应力传感器埋入孔内，使微型应力传感器与固体火箭发动机绝热层牢固粘接； 若微型应力传感器侧面与微型应力传感器埋入孔有空隙，采用粉末状的固体火箭发动 机绝热层材料填充；

步骤4：在固体火箭发动机绝热层内表面开传感器引线埋入槽，传感器引线埋入 槽将微型应力传感器埋入孔与固体火箭发动机测压孔连通，将传感器引线通过传感器 引线埋入槽引至固体火箭发动机测压孔外，且传感器引线不高于固体火箭发动机绝热 层内表面，传感器引线与传感器引线埋入槽之间的空隙采用粉末状的固体火箭发动机 绝热层材料填充，并用粘接剂固定；

步骤5：在粘接剂完全固定微型应力传感器后，对每个微型应力传感器输出进行 检测：在微型应力传感器上加载直流本安电源，按压微型应力传感器的主动面，检测 微型应力传感器输出，测量输出相对微型应力传感器零点是否有变化，若有变化则进 入步骤6，否则更换对应微型应力传感器；

步骤6：对固体火箭发动机绝热层内表面安装微型应力传感器区域喷涂衬层，衬 层厚度为0.8mm-1mm；衬层喷涂结束后，再对每个微型应力传感器输出进行检测：在 微型应力传感器上加载直流本安电源，按压微型应力传感器的主动面，检测微型应力 传感器输出，测量输出相对微型应力传感器零点是否有变化，若有变化则微型应力传 感器安装完成，否则更换对应微型应力传感器。

有益效果

在将嵌入式微型应力传感器埋入固体火箭发动机内部时，采用本安装方法，可有 效地降低因传感器的安装对发动机结构完整性的破坏，同时保证传感器埋入后仍可正 常工作，提高了传感器埋入的成功率，降低了测量成本。

附图说明

图1：微型应力传感器示意图；

图2：微型应力传感器安装位置示意图；

其中：1、固体火箭发动机测压孔；2、固体火箭发动机外壳体；3、固体火箭发动 机绝热层；4、微型应力传感器埋入孔；5、传感器引线埋入槽。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

如图1所示，微型应力传感器外形尺寸为直径小于8mm，厚度小于3mm，本实 施例的目的就是要提出一种安装方法以应用于嵌入式微型应力传感器在固体火箭发动 机内部的安装过程，并降低传感器的埋入对发动机结构及性能的影响，确保传感器在 埋入发动机内部后可正常工作。

具体步骤为：

步骤1：由于每台固体火箭发动机内需要埋入多个传感器，所以根据微型应力传 感器在发动机内的安装位置对微型应力传感器进行编号，并对每个微型应力传感器零 点进行检测。检测传感器零点方法：通过在传感器上加载5V直流本安电源，采用本安 型万用表测量传感器的输出并记录。

步骤2：在固体火箭发动机推进剂安装之前，在固体火箭发动机绝热层内表面开 微型应力传感器埋入孔，微型应力传感器埋入孔的开孔深度满足微型应力传感器装入 微型应力传感器埋入孔后，微型应力传感器表面与固体火箭发动机绝热层内表面齐平。

步骤3：对微型应力传感器埋入孔和微型应力传感器表面进行清洁，除去污物， 再将粘结剂涂在微型应力传感器埋入孔内及微型应力传感器底面及外表面；将微型应 力传感器装入微型应力传感器埋入孔内，使微型应力传感器与固体火箭发动机绝热层 牢固粘接；若微型应力传感器侧面与微型应力传感器埋入孔有空隙，采用粉末状的固 体火箭发动机绝热层材料填充。粘接后微型应力传感器表面与绝热层内表面齐平。

粘接剂可采用502粘胶剂或环氧树脂，在室温情况下，采用502粘胶剂固化时间 为10分钟左右，采用环氧树脂粘接固化时间需1小时左右

将微型应力传感器在发动机内部安装在绝热层上，可保证不破坏发动机的外壳体 和推进剂药柱，将对发动机结构完整性的影响降到最小，同时可保证在喷涂衬层后传 感器与发动机药柱隔离，避免了长期贮存过程中因推进剂的化学腐蚀而引起的传感器 电性能不稳定。

步骤4：在固体火箭发动机绝热层内表面开传感器引线埋入槽，传感器引线埋入 槽将微型应力传感器埋入孔与固体火箭发动机测压孔连通，将传感器引线通过传感器 引线埋入槽引至固体火箭发动机测压孔外，且传感器引线不高于固体火箭发动机绝热 层内表面，传感器引线与传感器引线埋入槽之间的空隙采用粉末状的固体火箭发动机 绝热层材料填充，并用粘接剂固定。

步骤5：为了确保传感器安装在发动机后仍是稳定可靠的，在粘接剂完全固定微型应 力传感器后，对每个微型应力传感器输出进行检测：在微型应力传感器上加载5V直 流本安电源，按压微型应力传感器的主动面，检测微型应力传感器输出，测量输出相 对微型应力传感器零点是否有变化，若有变化则进入步骤6，否则更换对应微型应力 传感器。

步骤6：对固体火箭发动机绝热层内表面安装微型应力传感器区域喷涂衬层，衬 层厚度为0.8mm-1mm。发动机壳体喷涂衬层的温度为50℃，衬层喷涂结束，恢复室 温后，再对每个微型应力传感器输出进行检测：在微型应力传感器上加载5V直流本 安电源，按压微型应力传感器的主动面，检测微型应力传感器输出，测量输出相对微 型应力传感器零点是否有变化，若有变化则微型应力传感器安装完成，否则更换对应 微型应力传感器。

微型应力传感器安装完成后，装填发动机完成推进剂并硫化。

通过上述方法将嵌入式微型应力传感器埋入固体火箭发动机内部时，可有效地降 低因传感器的安装对发动机结构完整性的破坏，同时保证传感器埋入后仍可正常工作， 提高了传感器埋入的成功率，降低了测量成本。