7.2.2 CCD燃速测试系统
1.燃速测试方法
表征固体推进剂燃速的方法通常有两种：线性燃烧速度和质量燃烧速度。推进剂线性燃烧速度（简称燃速）的定义是根据1839年Piobert提出的几何燃烧定律而建立起来的，该定律指出，若推进剂体相内部组分均一且各点之间性能差别很小，固体推进剂燃烧表面（凝聚相与气相之间的交界层）将平行地、等速地向未燃的推进剂方向推移，据此推进剂燃速可定义为：单位时间内推进剂燃烧面沿其法线方向的位移。可用式（7-1）表示：
式中，u为推进剂线性燃速；dl为燃烧面在时间dt内的位移。
质量燃速是指单位时间内单位燃烧面上沿其法线方向烧掉的推进剂质量，或推进剂固相小时的质量。质量燃速和线性燃速之间存在式（7-2）所示关系：
式中，um为推进剂质量燃速；ρ为推进剂密度。
随着科学技术的发展，燃速测试技术也有很大提高。目前，常见燃速测试方法有：靶线法、光电法、声发射法、密闭爆发器法、离子导电法、转鼓照相法以及CCD法（Charge Coupled Imaging Device，电荷耦合法）。
2.CCD燃速测试原理
CCD燃速测试原理如图7-5所示。固体推进剂药柱在配备有视窗的高压燃烧室内于给定压强下燃烧，药柱图像经过燃烧室上视窗、外部透镜聚焦于线扫描摄像机的CCD光敏阵列上。光敏阵列由众多平行于药柱方向的像素构成，每个像素受光线的照射产生一定的电压信号，电压信号高低正比于接收光线的强弱。由于推进剂燃烧火焰亮度与推进剂本身药柱亮度存在阶跃式变化，CCD阵列像素上的电压信号也存在阶跃式变化，电压信号阶跃点对应于CCD阵列上某一像素位置。燃烧火焰沿推进剂药柱从上而下移动时，线扫描摄像机每扫描一次，产生一组AV信号，多次扫描，产生一系列AV信号，火焰位置高度不同，对应CCD阵列像素的位置也不同。由于线扫描相机每次扫描具有固定的时间周期，依据阶跃点在CCD阵列上随时间变化的关系，同时借助透镜成像的物距、像距比，可获得推进剂燃烧面移动的速度，计算出推进剂燃速。
图7-5 CCD燃速测试原理图
3.CCD燃速测试特点
目前，市场主流线扫描相机的像素为2 048，每个像素高度约为15 μm，最大行扫描频率为100 kHz，时间分辨率为0.01 ms，其较高的位移分辨率和时间分辨率使得测试系统用药量小。下面涉及的燃速测试，均采用长度为10～50 mm、直径为5～7 mm的药柱进行。