药柱包覆层缺陷红外脉冲成像及动态层析检测技术研究
发布时间：2021-01-29 01:39
固体发动机大量应用于火箭、导弹等多个领域,药柱包覆层作为发动机装药的重要组成部分,不仅直接影响发动机内弹道性能,同时也是其使用寿命的决定性因素之一,其稳定性、可靠性备受关注。药柱包覆层成型或存放过程中,由于药柱包覆层受材料特性、成型或制造工艺、贮存运输及服役环境等影响,易产生裂纹、凹坑、鼓包、气孔或孔洞和厚度不均等缺陷。药柱包覆层缺陷的存在会严重影响推进剂药柱的燃烧性,进而影响固体火箭或导弹发动机的使用寿命、工作性能,甚至安全性。在生产、存储及服役过程中迫切需要简单、有效、快速的无损检测方法或技术实现药柱包覆层的可靠检测。红外脉冲（热波）成像及动态热层析检测技术是一种具有非接触、直观、检测面积大及高效可靠的新型无损检测技术,为药柱包覆层缺陷检测提供了一种新方法。因此,本文对药柱包覆层缺陷的红外脉冲（热波）成像及动态层析检测技术进行系统深入的研究。研究了脉冲热流作用在药柱包覆层的脉冲热响应特性,建立了一维脉冲热响应解析模型与二维极坐标系热传导数学模型,通过一维解析计算与二维有限差分数值计算,分析了脉冲热流激励脉冲宽度、脉冲峰值能量及缺陷尺寸与深度对脉冲热信号变化的影响及规律。研究了脉冲热...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
固体推进剂药柱包覆示意图
哈尔滨工业大学工学博士学位论文2柱包覆层缺陷引起的燃烧室大面积烧蚀和包覆层开裂。图1-2药柱包覆层缺陷引起的开裂及大面积烧蚀Fig.1-2Thecrackandlargeareaabalitioncausedbythedefectsofgraincladding包覆层质量检测对固体火箭或导弹运行安全性及可靠性至关重要。包覆层缺陷主要包括两大类，一是表界面缺陷，该类缺陷主要是指发动机的壳体、包覆层、衬层及推进剂等结构的界面不良粘接而引起的脱粘或气泡等缺陷，另一类缺陷主要是药柱包覆层成型或存放过程中，由于药柱包覆层在生产及使用过程中，药柱包覆层内部会产生裂纹、凹坑、鼓包、气孔或孔洞和厚度不均等缺陷，这些缺陷严重影响发动机的使用寿命及安全性。因此，在固体火箭或导弹发动机推进剂药柱包覆层的成型制造及存储运输过程中，迫切需要简单、有效、快速的无损检测方法或技术实现对药柱包覆层缺陷的可靠检测，并确定包覆层缺陷对发动机性能的影响成为无损检测技术研究领域的重要课题。本课题来源于一般装备预研基金项目“固体推进器装药包覆层缺陷的红外相干热波成像检测技术研究”。红外热波成像检测技术能够在药柱包覆层加工制造、贮存使用过程中高效、可靠及稳定地检测出缺陷位置与缺陷尺度，进而高效地检测药柱包覆层材料缺陷。因此，深入研究药柱包覆层缺陷的红外脉冲热波成像及动态层析检测对保障药柱包覆层质量及应用具有重要意义。1.2装药包覆层缺陷检测方法研究现状为控制固体推进剂药柱包覆层质量和保证其使用性能，利用无损检测技术对药柱包覆层缺陷进行高效、可靠、准确的检测与评价是非常必要的，已成为固体推进剂装药包覆层质量控制中必不可少的环节。针对药柱包覆层材料不同类型缺陷，需选用合适的无损检测方法对其进行检测，确保装药包覆层质量及使用安全性
?实时监测。机器视觉技术可用于药柱包覆层表面缺陷的定量检测，可实现包覆层表面缺陷的形态表征与分布统计等。国内中北大学郭慧平等采用工业相机对药柱包覆层表面进行视觉检测，利用中值滤波及阈值分割等方法将表面缺陷区域从图像背景中提取，并实现表面缺陷的轴向定位[11-13]。中北大学金永等利用数学形态学的顶帽与低帽变换相结合方法对药柱包覆层表面缺陷特征图像进行增强，采用高低阈值方法对表面缺陷光学图像进行分割，并基于二值化图像得到了表面缺陷的尺寸与位置，实现了药柱包覆层表面缺陷尺寸与位置的高精度检测，图1-3为基于机器视觉的药柱包覆层表面缺陷检测结果[14]。图1-3基于机器视觉的药柱包覆层表面缺陷检测结果[14]Fig.1-3SurfacedefectdetectionofSolidpropellantsgraincladdinglayerbasedonmachinevision[14]超声波检测技术是目前检测包覆层与壳体界面脱粘缺陷或粘接质量的有效手段之一，其方法是在固体火箭或导弹发动机壳体一侧利用耦合超声探头将超声波注入发动机壳体，再通过探头接收发动机壳体与包覆层界面反射的超声回波，采用相应信号处理算法提取壳体与包覆层界面反射超声回波信号的大小和延迟时间等特征信息，并利用超声回波特征信息对包覆层与壳体之间界面粘接情况进行判断和检测。借助空间扫描装置，通过逐点扫描方式可获得不同扫描形式的壳体与包覆层接触粘接界面的超声检测图像[15]。中北大学王召巴等采用超声波聚焦探头反射法对固体火箭发动机壳体-包覆层脱粘缺陷进行检测，通过图像滤波处理可有效去除发动机表面旋压纹理产生的图像噪声和提取脱粘区域，利用自适应图像分割技术将发动机壳体-包覆层脱粘图像进行二值化分割，并基于种子填充算法计算了脱粘区域面积，取得了较好效果[16,17]。中航空空导弹研究
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于激光剪切散斑干涉评估包覆药柱粘接质量[J]. 刘斌,王虎,孙霖. 激光与红外. 2019(06)
[2]固体推进剂包覆技术研究进展[J]. 边城,张艳,时艺娟,李宏岩,赵凤起. 火炸药学报. 2019(03)
[3]固体火箭发动机界面脱粘切向CT检测[J]. 陈庆贵,卢洪义,齐强,于光辉,张宗伟,黎国宝. 固体火箭技术. 2016(03)
[4]俄罗斯固体推进剂装药注射包覆工艺研究进展[J]. 曹继平,姜振,任黎,刘建利,田雁茹. 飞航导弹. 2016(04)
[5]基于数学形态学的包覆层表面缺陷检测方法[J]. 金永,邓博文,赵磊,孔小丽,杨晓辉. 弹箭与制导学报. 2014(06)
[6]人工脱粘层根部脱粘检测及修复技术[J]. 关桢,陈永钊,邓安华,曹勤峰,刘荣臻. 固体火箭技术. 2014(03)
[7]固体推进剂装药缺陷检测新技术[J]. 张丽涵,陈智群. 四川兵工学报. 2013(11)
[8]切向射线照相技术在固体推进剂装药包覆层/药柱粘接界面脱粘缺陷检测中的应用[J]. 张丽涵,李宏岩,王瑛,陈雪莉,薛祺. 无损检测. 2013(04)
[9]激光全息法检测固体药柱包覆层缺陷[J]. 王东生,马兆光,王维明. 红外与激光工程. 2013(02)
[10]曲面拟合技术在医学热层析方法中的应用[J]. 乔雨婷,韩飞,李文科,李凯扬. 计算机应用与软件. 2013(02)
博士论文
[1]电涡流脉冲热成像无损检测技术研究[D]. 白利兵.电子科技大学 2013
本文编号：3006048
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
固体推进剂药柱包覆示意图
哈尔滨工业大学工学博士学位论文2柱包覆层缺陷引起的燃烧室大面积烧蚀和包覆层开裂。图1-2药柱包覆层缺陷引起的开裂及大面积烧蚀Fig.1-2Thecrackandlargeareaabalitioncausedbythedefectsofgraincladding包覆层质量检测对固体火箭或导弹运行安全性及可靠性至关重要。包覆层缺陷主要包括两大类，一是表界面缺陷，该类缺陷主要是指发动机的壳体、包覆层、衬层及推进剂等结构的界面不良粘接而引起的脱粘或气泡等缺陷，另一类缺陷主要是药柱包覆层成型或存放过程中，由于药柱包覆层在生产及使用过程中，药柱包覆层内部会产生裂纹、凹坑、鼓包、气孔或孔洞和厚度不均等缺陷，这些缺陷严重影响发动机的使用寿命及安全性。因此，在固体火箭或导弹发动机推进剂药柱包覆层的成型制造及存储运输过程中，迫切需要简单、有效、快速的无损检测方法或技术实现对药柱包覆层缺陷的可靠检测，并确定包覆层缺陷对发动机性能的影响成为无损检测技术研究领域的重要课题。本课题来源于一般装备预研基金项目“固体推进器装药包覆层缺陷的红外相干热波成像检测技术研究”。红外热波成像检测技术能够在药柱包覆层加工制造、贮存使用过程中高效、可靠及稳定地检测出缺陷位置与缺陷尺度，进而高效地检测药柱包覆层材料缺陷。因此，深入研究药柱包覆层缺陷的红外脉冲热波成像及动态层析检测对保障药柱包覆层质量及应用具有重要意义。1.2装药包覆层缺陷检测方法研究现状为控制固体推进剂药柱包覆层质量和保证其使用性能，利用无损检测技术对药柱包覆层缺陷进行高效、可靠、准确的检测与评价是非常必要的，已成为固体推进剂装药包覆层质量控制中必不可少的环节。针对药柱包覆层材料不同类型缺陷，需选用合适的无损检测方法对其进行检测，确保装药包覆层质量及使用安全性
?实时监测。机器视觉技术可用于药柱包覆层表面缺陷的定量检测，可实现包覆层表面缺陷的形态表征与分布统计等。国内中北大学郭慧平等采用工业相机对药柱包覆层表面进行视觉检测，利用中值滤波及阈值分割等方法将表面缺陷区域从图像背景中提取，并实现表面缺陷的轴向定位[11-13]。中北大学金永等利用数学形态学的顶帽与低帽变换相结合方法对药柱包覆层表面缺陷特征图像进行增强，采用高低阈值方法对表面缺陷光学图像进行分割，并基于二值化图像得到了表面缺陷的尺寸与位置，实现了药柱包覆层表面缺陷尺寸与位置的高精度检测，图1-3为基于机器视觉的药柱包覆层表面缺陷检测结果[14]。图1-3基于机器视觉的药柱包覆层表面缺陷检测结果[14]Fig.1-3SurfacedefectdetectionofSolidpropellantsgraincladdinglayerbasedonmachinevision[14]超声波检测技术是目前检测包覆层与壳体界面脱粘缺陷或粘接质量的有效手段之一，其方法是在固体火箭或导弹发动机壳体一侧利用耦合超声探头将超声波注入发动机壳体，再通过探头接收发动机壳体与包覆层界面反射的超声回波，采用相应信号处理算法提取壳体与包覆层界面反射超声回波信号的大小和延迟时间等特征信息，并利用超声回波特征信息对包覆层与壳体之间界面粘接情况进行判断和检测。借助空间扫描装置，通过逐点扫描方式可获得不同扫描形式的壳体与包覆层接触粘接界面的超声检测图像[15]。中北大学王召巴等采用超声波聚焦探头反射法对固体火箭发动机壳体-包覆层脱粘缺陷进行检测，通过图像滤波处理可有效去除发动机表面旋压纹理产生的图像噪声和提取脱粘区域，利用自适应图像分割技术将发动机壳体-包覆层脱粘图像进行二值化分割，并基于种子填充算法计算了脱粘区域面积，取得了较好效果[16,17]。中航空空导弹研究
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于激光剪切散斑干涉评估包覆药柱粘接质量[J]. 刘斌,王虎,孙霖. 激光与红外. 2019(06)
[2]固体推进剂包覆技术研究进展[J]. 边城,张艳,时艺娟,李宏岩,赵凤起. 火炸药学报. 2019(03)
[3]固体火箭发动机界面脱粘切向CT检测[J]. 陈庆贵,卢洪义,齐强,于光辉,张宗伟,黎国宝. 固体火箭技术. 2016(03)
[4]俄罗斯固体推进剂装药注射包覆工艺研究进展[J]. 曹继平,姜振,任黎,刘建利,田雁茹. 飞航导弹. 2016(04)
[5]基于数学形态学的包覆层表面缺陷检测方法[J]. 金永,邓博文,赵磊,孔小丽,杨晓辉. 弹箭与制导学报. 2014(06)
[6]人工脱粘层根部脱粘检测及修复技术[J]. 关桢,陈永钊,邓安华,曹勤峰,刘荣臻. 固体火箭技术. 2014(03)
[7]固体推进剂装药缺陷检测新技术[J]. 张丽涵,陈智群. 四川兵工学报. 2013(11)
[8]切向射线照相技术在固体推进剂装药包覆层/药柱粘接界面脱粘缺陷检测中的应用[J]. 张丽涵,李宏岩,王瑛,陈雪莉,薛祺. 无损检测. 2013(04)
[9]激光全息法检测固体药柱包覆层缺陷[J]. 王东生,马兆光,王维明. 红外与激光工程. 2013(02)
[10]曲面拟合技术在医学热层析方法中的应用[J]. 乔雨婷,韩飞,李文科,李凯扬. 计算机应用与软件. 2013(02)
博士论文
[1]电涡流脉冲热成像无损检测技术研究[D]. 白利兵.电子科技大学 2013
本文编号：3006048
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