图2-4实验发动机结构简图

2.3实验原理

冷流冲击的基本原理是在不考虑温度的影响下，用高压气体模拟点火压强峰值作为极限载荷均匀地加载于发动机内，测量在点火压强峰值作用下的药柱的应力应变。

其工作原理如下：

暂存式储气罐通过夹持座固定于安装支座上，实验发动机通过过渡体与暂存式储气罐相连。实验前，首先在过渡体中安装相应的破膜片及夹持器，从而封闭暂存式储气罐。然后将氮气瓶内的高压气体经过调压阀降低压力，将高压气体的压力设定为要求值，并通过储气罐上的进气口灌入暂存式储气罐。当暂存式储气罐中的压力达到要求值时，关闭氮气瓶阀门准备实验。实验之前检查各项安全措施并清空实验发动机的后方，保证实验人员安全。安全检查接受后，可打开闭锁器，过渡体内的滑筒带动其上的撞针刺破破膜片，破膜片在高压气体的作用下迅速打开。储气罐内的高压气体冲入实验发动机并对药柱进行冲击，从而完成冷流冲击模拟点火过程的实验。

3  实验台关键结构优化设计

冷气冲击试验装置的大部分结构、零件都要承受较高的压力载荷与冲击，工作条件较为恶劣，尤其是如暂存式高压储气罐、压缩弹簧、法兰及法兰上的连接螺栓、破膜片、闭锁释放器的制动杆、测压管等重要结构，在实验过程中对其安全、可靠性有较高要求，为了保证实验过程的操作安全，成功完成实验测量，有必要对这些关键结构进行工作载荷下的强度校核。在校核过程中，以10MPa的高压气体模拟火箭发动机点火压强峰值作为工作压强。

3.1压缩弹簧的设计

3.1.1压缩弹簧设计基本概念

压缩弹簧结构及载荷变形如图3-1所示。在设计过程中，为保证弹簧变形量应在实验载荷变形量之间：。

图3-1 压缩弹簧载荷-变形图

d-钢丝直径（mm）；

D、D1、D2-弹簧中、内、外径（mm）；

Fs-实验载荷；

F1、F2.....Fn-弹簧工作载荷（N）；

H0-自由高度（mm）；

F0-初压力（N）；

fn-在Fn作用下的弹簧变形量（mm）；

Hn-在Fn作用下的弹簧高度（mm）；

p-弹簧节距（mm）； （3-8）

3.1.3弹簧设计计算

根据弹簧的使用要求及安装条件，对压缩弹簧有如下几点要求：安装高度H=53mm，弹簧外径D1＜50mm，在安装位置时弹簧工作载荷为300N，弹簧自由高度H0≤90mm。

1）根据工作情况及具体条件选定材料，并查取其机械性能数据。

查机械设计手册表30·2-4，选取弹簧材料为碳素弹簧钢丝Ⅰ类，

其许用切应力；

切变模量G=78.5GPa；

2）选择旋绕比C，通常可取（极限状态时不小于4或超过16），并计算补偿系数K值。

试取C=8，可得K值：

=1.184；

3）根据安装空间初设弹簧中径D，根据C值估取弹簧丝直径d,并查取弹簧丝的许用应力。

根据安装空间的大小初设弹簧中径为45mm,由C=D/d可以初步估取弹簧丝直径d：

d=D/C=45/8=5.625mm；

查取弹簧丝的许用应力：

查机械设计手册表30·2-5，可得弹簧丝的抗拉强度极限=1422MPa；

∴其许用切应力=426.2MPa；

4）试算弹簧丝直径。

根据（3-6）式计算弹簧丝直径，取弹簧工作载荷为300N，

==4.131mm；

再取d=4.131，则C=40/4.131=9.683,K=1.150；

再次计算d=4.262mm；

计算值与上步计算值比较，两者差别不大，按机械设计手册表30·2-2圆整为d=4；