CN103234761B - 小推力火箭发动机移动试验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小推力火箭发动机移动试验平台,包括移动平台、试车架、推进剂供应系统和配气系统,试车架、推进剂供应系统和配气系统都集成安装在移动平台上;移动平台包括试验架安装结构、车轮、承力结构、内腔和配气面板;试车架包括静架、板簧、动架、发动机支架、推力架和推力传感器;推进剂供应系统包括燃料供应系统和氧化剂供应系统,配气系统包括高压气瓶、增压气体管路和吹除气体管路;本发明提出一种小推力火箭发动机的移动试验平台,所有系统部件集成在一个移动平台上,使得其具有小型化、便携性好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种小推力火箭发动机移动试验平台,属于液体火箭发动机技术领域。
背景技术
人造卫星和宇宙飞船等空间飞行器的动力系统一般需要完成变轨、轨道保持、交会对接、姿态控制盒精确定位等任务。小推力火箭发动机可以为这些任务的完成提供动力。小推力火箭发动机还用于主发动机的启动保证系统、火箭起飞时发生事故情况下的保护航天器系统以及用于软着陆系统等。因此,小推力火箭发动机的试验研究正在广泛开展。
发动机试验是发动机研制工作的一个重要组成部分,也称发动机试车。试车是在专门建造的各种试车台上进行的,即把发动机或其组合件安装在试车台上,在试车台各工艺系统提供的工作条件和模拟环境下,使发动机按照预定程序完成所要求的工作。因此,试车台是发动机地面试验不可缺少的主要设备。
目前的火箭发动机试车台系统比较复杂,而且需要在特定的场所进行试验,便携性和通用性差。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题,提出一种小推力液体火箭发动机的移动试验平台,具有便携性好和通用性强等优点。
一种小推力火箭发动机移动试验平台,包括移动平台、试车架、推进剂供应系统和配气系统,试车架、推进剂供应系统和配气系统都集成安装在移动平台上;
移动平台包括试验架安装结构、车轮、承力结构、内腔和配气面板;试验架安装结构用于安装发动机试车架;四个车轮固定在移动平台的底部;承力结构固定连接试验架安装结构,承力结构和配气面板围成的空腔形成内腔;配气面板位于内腔的上侧,配气面板设有安装孔,用于安装配气系统的压力表、手阀和减压器;
试车架包括静架、板簧、动架、发动机支架、推力架和推力传感器;静架固定连接试验架安装结构,用于起支撑试车架;动架与静架通过板簧连接;发动机支架固定连接在动架上,试验发动机安装在发动机支架上;推力架的一端与试验发动机固定连接,另一端与推力传感器连接,推力架将试验发动机的推力传递给推力传感器;
推进剂供应系统包括燃料供应系统和氧化剂供应系统,燃料供应系统包括燃料贮箱、加注泄出阀A、测压导管A、手阀A、测压导管B、过滤器A、汽蚀文氏管A、手阀B、电磁阀A、管路接头A和管路接头D;燃料贮箱用于贮存发动机的燃料,燃料贮箱的入口连接管路接头A,燃料贮箱的出口连接手阀A,手阀A的另外一端通过过滤器A连接汽蚀文氏管A,汽蚀文氏管A的另外一端通过电磁阀A连接发动机;燃料贮箱出口与手阀A之间设有加注泄出阀A和测压导管A,过滤器A与汽蚀文氏管A之间设有测压导管B,汽蚀文氏管A与电磁阀A之间设有手阀B;电磁阀A与发动机之间设有管路接头D;氧化剂供应系统包括氧化剂贮箱、测压导管C、加注泄出阀B、手阀C、测压导管D、过滤器B,文氏管B、手阀D、电磁阀B、管路接头B和管路接头C;氧化剂贮箱用于贮存发动机的氧化剂,氧化剂贮箱的入口连接管路接头B,氧化剂贮箱的出口连接手阀C,手阀C的另外一端通过过滤器B连接文氏管B,文氏管B的另外一端通过电磁阀B连接发动机;氧化剂贮箱出口与手阀C之间设有加注泄出阀B和测压导管C,过滤器B与文氏管B之间设有测压导管D,文氏管B与电磁阀B之间设有手阀D;电磁阀B与发动机之间设有管路接头C;
配气系统包括高压气瓶、增压气体管路和吹除气体管路;高压气瓶的出口连接手阀I,手阀I通过过滤器C分别连接燃料增压气体管路中手阀E、氧化剂增压气体管路中手阀F、燃料吹除气体管路中手阀G和氧化剂吹除气体管路中手阀H;增压气体管路包括燃料增压气体管路和氧化剂增压气体管路;燃料增压气体管路包括手阀E、减压器A、压力表A和泄压阀A,手阀E一端连接过滤器C,另一端通过减压器A连接管路接头A,减压器A与管路接头A之间设有泄压阀A和压力表A;氧化剂增压气体管路包括手阀F、减压器B、压力表B和泄压阀B,手阀F一端连接过滤器C,另一端通过减压器B连接管路接头B,减压器B与管路接头B之间设有泄压阀B和压力表B;吹除气体管路包括燃料吹除气体管路和氧化剂吹除气体管路;燃料吹除气体管路包括手阀H、减压器D、压力表D、电磁D阀和单向阀B,手阀H一端连接过滤器C,另一端通过减压器D连接电磁阀D,电磁阀D另一端通过单向阀B连接管路接头D;氧化剂吹除气体管路包括手阀G、减压器C、压力表C、电磁阀C和单向阀A,手阀G一端连接过滤器C,另一端通过减压器C连接电磁阀C,电磁阀C另一端通过单向阀A连接管路接头C。
本发明的优点在于:
(1)本发明提出一种小推力火箭发动机的移动试验平台,所有系统部件集成在一个移动平台上,使得其具有小型化、便携性好等优点;
(2)本发明提出一种小推力火箭发动机的移动试验平台,配气系统通过减压器的控制和压力表的观察,可以精确控制增压气体和吹除气体的压力,并且氧化剂和燃料系统可以单独工作,使得其也可以应用于单组元液体火箭发动机、固液混合火箭发动机的试验,具有通用性好的优点;
(3)本发明提出一种小推力火箭发动机的移动试验平台,推进剂供应系统由文氏管或音速喷嘴控制流量,使得其具有精度高的优点,并且能够有效隔离发动机燃烧室压力和输送系统压力,具有较高的稳定性;
(4)本发明提出一种小推力火箭发动机的移动试验平台,试车架的直径和长度在一定范围内可调,能够适应不同尺寸发动机的试验要求。
附图说明
图1是小推力火箭发动机移动试验平台的装配示意图。
图2是小推力火箭发动机移动试验平台的系统原理图。
图中:
1-移动平台 2-试车架 3-推进剂供应系统 4-配气系统
5-试验发动机
101-试车架安装结构 102-车轮 103-承力结构 104-移动平台内腔
105-配气面板
201-静架 202-板簧 203-动架 204-发动机支架
205-推力架 206-推力传感器
301-燃料贮箱 302-加注泄出阀A 303-测压导管A 304-手阀A
305-测压导管B 306-过滤器A 307-文氏管A 308-手阀B
309-电磁阀A 310-氧化剂贮箱 311-测压导管C 312-加注泄出阀B
313-手阀C 314-测压导管D 315-过滤器B 316-文氏管B
317-手阀D 318-电磁阀B 319-管路接头A 320-管路接头B
321-管路接头C 322-管路接头D
401-泄压阀A 402-压力表A 403-减压器A 404-手阀E
405-泄压阀B 406-压力表B 407-减压器B 408-手阀F
409-单向阀A 410-电磁阀C 411-压力表C 412-减压器C
413-手阀G 414-单向阀B 415-电磁阀D 416-压力表D
417-减压器D 418-手阀H 419-过滤器C 420-手阀I
421-充灌泄出阀 422-高压气瓶
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种小推力火箭发动机移动试验平台,如图1所示,包括移动平台1、试车架2、推进剂供应系统3和配气系统4。
试车架2、推进剂供应系统3和配气系统4都集成安装在移动平台1上,具有小型化、便携性好等优点。
移动平台1包括试验架安装结构101、车轮102、承力结构103、内腔104和配气面板105。
试验架安装结构101由槽钢焊接而成,用于安装发动机试车架2。
车轮102为万向轮,并且带有制动装置,四个车轮102固定在移动平台1的底部,便于试验平台移动,试验时可以锁紧制动。
内腔104是由承力结构103和配气面板105围成的空腔,由槽钢焊接而成,用于布置推进剂供应系统和配气系统的管路、阀门。
承力结构103由20mm钢板制成,焊接在内腔的左侧,用于承受发动机的推力。
配气面板105由5mm钢板制成,焊接在内腔的上侧,配气面板105上面设有一些孔,用于安装配气系统的压力表、手阀和减压器,便于操作。
试车架2包括静架201、板簧202、动架203、发动机支架204、推力架205和推力传感器206。
静架201是块10mm钢板,与移动平台1的试验架安装结构101固定焊接连接,起支撑试车架2的作用。
动架203与静架201通过板簧202连接,板簧202是一种弹性元件,在发动机的推力方向刚度较小,容易变形,可以减小推力测量的误差,但在其他方向刚度较大,可以承受较大的作用力
发动机支架204固定在动架203上,试验发动机5安装在发动机支架204上。
推力架205的一端与试验发动机5固定连接,另一端与推力传感器206连接,推力架205可以将试验发动机5的推力传递给推力传感器206,进行推力测量。
动架203与承力结构103之间没有连接关系,推力传感器206与承力结构103接触不固定连接。
推进剂供应系统3通过燃料供应管路和氧化剂供应管路连接到试验发动机5,用于向试验发动机5供应试验所需要的燃料和氧化剂。
推进剂供应系统3包括燃料供应系统和氧化剂供应系统,每一个系统都包含贮箱、主管路、加注-泄出管路、增压管路、吹除管路和测压管路。
如图2所示,燃料供应系统包括燃料贮箱301、加注泄出阀A302、测压导管A303、手阀A304、测压导管B305、过滤器A306、汽蚀文氏管A307、手阀B308、电磁阀A309、管路接头A319和管路接头D322。
燃料贮箱301用于贮存发动机的燃料,燃料贮箱301的入口连接管路接头A319,燃料贮箱301的出口连接手阀A304,手阀A304的另外一端通过过滤器A306连接汽蚀文氏管A307,汽蚀文氏管A307的另外一端通过电磁阀A309连接发动机5。
燃料贮箱301出口与手阀A304之间设有加注泄出阀A302和测压导管A303,过滤器A306与汽蚀文氏管A307之间设有测压导管B305,汽蚀文氏管A307与电磁阀A309之间设有手阀B308。
电磁阀A309与发动机5之间设有管路接头D322。
燃料由手阀A304控制进入供应管路,经过过滤器A306、汽蚀文氏管A307,由电磁阀A309控制进入发动机5。通过加注泄出阀A302,可以在试验前加注燃料和在试验后泄出剩余的燃料,通过手阀B308泄出供应管路中的燃料。增压气体由管路接头A319进入燃料贮箱301进行增压,吹除气体由管路接头D322进入燃料供应管路进行吹除。测压导管A303和测压导管B305可以安装压力传感器,用于测量燃料贮箱301和汽蚀文氏管A307前的压力。
氧化剂供应系统的系统组成与燃料供应系统基本相同,主要用于氧化剂的供应及加注泄出。
氧化剂供应系统包括氧化剂贮箱310、测压导管C311、加注泄出阀B312、手阀C313、测压导管D314、过滤器B315,文氏管B316、手阀D317、电磁阀B318、管路接头B320和管路接头C321。
氧化剂贮箱310用于贮存发动机的氧化剂,氧化剂贮箱310的入口连接管路接头B320,氧化剂贮箱310的出口连接手阀C313,手阀C313的另外一端通过过滤器B315连接文氏管B316,文氏管B316的另外一端通过电磁阀B318连接发动机5。
氧化剂贮箱310出口与手阀C313之间设有加注泄出阀B312和测压导管C311,过滤器B315与文氏管B316之间设有测压导管D314,文氏管B316与电磁阀B318之间设有手阀D317。
电磁阀B318与发动机5之间设有管路接头C321。
氧化剂由手阀C313控制进入供应管路,经过过滤器B315、文氏管B316,由电磁阀B318控制进入发动机5。通过加注泄出阀B312,可以在试验前加注氧化剂和在试验后泄出剩余的氧化剂,通过手阀D317泄出供应管路中的氧化剂。增压气体由管路接头B320进入氧化剂贮箱310进行增压,吹除气体由管路接头C321进入氧化剂供应管路进行吹除。测压导管C311和测压导管D314可以安装压力传感器,用于测量氧化剂贮箱310和文氏管B316前的压力。
配气系统4包括高压气瓶422、增压气体管路和吹除气体管路。
配气系统4的压力表A402、压力表B406、压力表C411和压力表D416,减压器A403、减压器B407、减压器C412和减压器D417,手阀E404、手阀F408、手阀G413和手阀H418安装在配气面板105上,其他阀门和高压气瓶、管路安装在移动平台1的内腔104内。
配气系统4如图2所示,高压气瓶422的出口连接手阀I420,手阀I420通过过滤器C419分别连接燃料增压气体管路中手阀E404、氧化剂增压气体管路中手阀F408、燃料吹除气体管路中手阀G413和氧化剂吹除气体管路中手阀H418。
增压气体管路包括燃料增压气体管路和氧化剂增压气体管路。
燃料增压气体管路包括手阀E404、减压器A403、压力表A402和泄压阀A401,手阀E404一端连接过滤器C419,另一端通过减压器A403连接管路接头A319,减压器A403与管路接头A319之间设有泄压阀A401和压力表A402。
氧化剂增压气体管路包括手阀F408、减压器B407、压力表B406和泄压阀B405,手阀F408一端连接过滤器C419,另一端通过减压器B407连接管路接头B320,减压器B407与管路接头B320之间设有泄压阀B405和压力表B406。
高压气瓶422提供气源,经过手阀I420和过滤器C419向增压气体管路和吹除气体管路供气。手阀E404和手阀F408控制增压气体进入减压器A403和减压器B407,由减压器控制增压压力,并通过管路接头A319和管路接头B320分别进入燃料贮箱301和氧化剂贮箱310进行贮箱增压,通过压力表A402和压力表B406可以观察增压气体压力。当试验结束后,可以通过泄压阀A401和泄压阀B405进行贮箱放气。
吹除气体管路包括包括燃料吹除气体管路和氧化剂吹除气体管路。
燃料吹除气体管路包括手阀H418、减压器D417、压力表D416、电磁D阀415和单向阀B414,手阀H418一端连接过滤器C419,另一端通过减压器D417连接电磁D阀415,电磁阀D415另一端通过单向阀B414连接管路接头D322。
氧化剂吹除气体管路包括手阀G413、减压器C412、压力表C411、电磁阀C410和单向阀A409,手阀G413一端连接过滤器C419,另一端通过减压器C412连接电磁阀C410,电磁阀C410另一端通过单向阀A409连接管路接头C321。
高压氮气由手阀H418和手阀G413控制进入吹除管路,由减压器D417和减压器C412调节压力,通过压力表D416和压力表C411可以观察吹除气体压力,电磁阀D415和电磁阀C410控制吹除气体经过单向阀B414和单向阀A409,并通过管路接头D322和管路接头C321进入燃料和氧化剂供应管路进行吹除,单向阀B414和单向阀A409可以防止推进剂进入吹除管路。
通过本发明的小推力火箭发动机移动试验平台,可以实现推进剂的加注、供应与控制,贮箱的增压与管路的吹除以及发动机的试车与推力测量,集成程度高、便携性好。
高压气瓶使用的气体为高纯氮气,纯度为99.99%。
试验过程:
试验时,将试验平台固定,将试验发动机5安装在发动机支架204上,发动机通过推力架205连接到推力传感器206,调整试验发动机5的位置,使推力传感器206与移动平台1的承力结构103相接触。
分别通过手阀302和312向贮箱301和310加注燃料和氧化剂,加注完毕后,关闭加注泄出阀A302和加注泄出阀B312,然后通过手阀B308和手阀D317排出管路中的气体,待有连续的流体流出时,关闭手阀B308和手阀D317。
打开手阀I420、手阀E404、手阀F408、手阀G413和手阀H418,观察压力表A402、压力表B406、压力表C411和压力表D416,通过调节减压器A403、减压器B407、减压器C412和减压器D417,使增压气体压强和吹除气体压降达到设计的试验值。
最后,开启电磁阀A309和电磁阀B318,分别将燃料和氧化剂输送到试验发动机5中,开始进行试验。当试验进行完毕时,关闭电磁阀A309和电磁阀B318,同时开启电磁阀C410和电磁阀D415,进行管路吹除。
Claims (5)
1.一种小推力火箭发动机移动试验平台,包括移动平台(1)、试车架(2)、推进剂供应系统(3)和配气系统(4),试车架(2)、推进剂供应系统(3)和配气系统(4)都集成安装在移动平台(1)上;
移动平台(1)包括试验架安装结构(101)、车轮(102)、承力结构(103)、内腔(104)和配气面板(105);试验架安装结构(101)用于安装发动机试车架(2);四个车轮(102)固定在移动平台(1)的底部;承力结构(103)固定连接试验架安装结构(101),承力结构(103)和配气面板(105)围成的空腔形成内腔(104);配气面板(105)位于内腔(104)的上侧,配气面板(105)设有安装孔,用于安装配气系统的压力表、手阀和减压器;
试车架(2)包括静架(201)、板簧(202)、动架(203)、发动机支架(204)、推力架(205)和推力传感器(206);静架(201)固定连接试验架安装结构(101),用于起支撑试车架(2)的作用;动架(203)与静架(201)通过板簧(202)连接;发动机支架(204)固定连接在动架(203)上,试验发动机(5)安装在发动机支架(204)上;推力架(205)的一端与试验发动机(5)固定连接,另一端与推力传感器(206)连接,推力架(205)将试验发动机(5)的推力传递给推力传感器(206);
推进剂供应系统(3)包括燃料供应系统和氧化剂供应系统,燃料供应系统包括燃料贮箱(301)、加注泄出阀A(302)、测压导管A(303)、手阀A(304)、测压导管B(305)、过滤器A(306)、汽蚀文氏管A(307)、手阀B(308)、电磁阀A(309)、管路接头A(319)和管路接头D(322);燃料贮箱(301)用于贮存发动机的燃料,燃料贮箱(301)的入口连接管路接头A(319),燃料贮箱(301)的出口连接手阀A(304),手阀A(304)的另外一端通过过滤器A(306)连接汽蚀文氏管A(307),汽蚀文氏管A(307)的另外一端通过电磁阀A(309)连接发动机(5);燃料贮箱(301)出口与手阀A(304)之间设有加注泄出阀A(302)和测压导管A(303),过滤器A(306)与汽蚀文氏管A(307)之间设有测压导管B(305),汽蚀文氏管A(307)与电磁阀A(309)之间设有手阀B(308);电磁阀A(309)与发动机(5)之间设有管路接头D(322);氧化剂供应系统包括氧化剂贮箱(310)、测压导管C(311)、加注泄出阀B(312)、手阀C(313)、测压导管D(314)、过滤器B(315),文氏管B(316)、手阀D(317)、电磁阀B(318)、管路接头B(320)和管路接头C(321);氧化剂贮箱(310)用于贮存发动机的氧化剂,氧化剂贮箱(310)的入口连接管路接头B(320),氧化剂贮箱(310)的出口连接手阀C(313),手阀C(313)的另外一端通过过滤器B(315)连接文氏管B(316),文氏管B(316)的另外一端通过电磁阀B(318)连接发动机(5);氧化剂贮箱(310)出口与手阀C(313)之间设有加注泄出阀B(312)和测压导管C(311),过滤器B(315)与文氏管B(316)之间设有测压导管D(314),文氏管B(316)与电磁阀B(318)之间设有手阀D(317);电磁阀B(318)与发动机(5)之间设有管路接头C(321);
配气系统(4)包括高压气瓶(422)、增压气体管路和吹除气体管路;高压气瓶(422)的出口连接手阀I(420),手阀I(420)通过过滤器C(419)分别连接燃料增压气体管路中手阀E(404)、氧化剂增压气体管路中手阀F(408)、燃料吹除气体管路中手阀G(413)和氧化剂吹除气体管路中手阀H(418);增压气体管路包括燃料增压气体管路和氧化剂增压气体管路;燃料增压气体管路包括手阀E(404)、减压器A(403)、压力表A(402)和泄压阀A(401),手阀E(404)一端连接过滤器C(419),另一端通过减压器A(403)连接管路接头A(319),减压器A(403)与管路接头A(319)之间设有泄压阀A(401)和压力表A(402);氧化剂增压气体管路包括手阀F(408)、减压器B(407)、压力表B(406)和泄压阀B(405),手阀F(408)一端连接过滤器C(419),另一端通过减压器B(407)连接管路接头B(320),减压器B(407)与管路接头B(320)之间设有泄压阀B(405)和压力表B(406);吹除气体管路包括燃料吹除气体管路和氧化剂吹除气体管路;燃料吹除气体管路包括手阀H(418)、减压器D(417)、压力表D(416)、电磁阀D(415)和单向阀B(414),手阀H(418)一端连接过滤器C(419),另一端通过减压器D(417)连接电磁阀D(415),电磁阀D(415)另一端通过单向阀B(414)连接管路接头D(322);氧化剂吹除气体管路包括手阀G(413)、减压器C(412)、压力表C(411)、电磁阀C(410)和单向阀A(409),手阀G(413)一端连接过滤器C(419),另一端通过减压器C(412)连接电磁阀C(410),电磁阀C(410)另一端通过单向阀A(409)连接管路接头C(321)。
2.根据权利要求1所述的一种小推力火箭发动机移动试验平台,试验架安装结构(101)由槽钢焊接而成。
3.根据权利要求1所述的一种小推力火箭发动机移动试验平台,车轮(102)为万向轮,带有制动装置。
4.根据权利要求1所述的一种小推力火箭发动机移动试验平台,配气系统(4)的压力表A(402)、压力表B(406)、压力表C(411)和压力表D(416),减压器A(403)、减压器B(407)、减压器C(412)和减压器D(417),手阀E(404)、手阀F(408)、手阀G(413)和手阀H(418)安装在配气面板(105)上,除上述压力表A(402)、压力表B(406)、压力表C(411)和压力表D(416),减压器A(403)、减压器B(407)、减压器C(412)和减压器D(417),手阀E(404)、手阀F(408)、手阀G(413)和手阀H(418)之外其他阀门和高压气瓶、管路安装在移动平台(1)的内腔(104)内。
5.根据权利要求1所述的一种小推力火箭发动机移动试验平台,高压气瓶(422)使用的气体为高纯氮气,纯度为99.99%。
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