CN1034438A - 流量可调汽蚀文氏管的设计方法 - Google Patents

Abstract

一种流量可调汽蚀文氏管的设计方法。本发明 涉及液体流量控制元件的设计方法，指出了设计文氏 管所必须具备的八个已知条件、十五个计算公式和三 个通用常数。设计方法直观、准确、简便、易行。本发 明使文氏管技术在我国军、民用部门的广泛应用成为 可能。

Description

本发明属于液体流量控制元件的设计方法。

在现有技术中，作为液体流量控制元件之一的流量可调汽蚀文氏管多用于空间飞行器变推力火箭发动机上，目前，国外只有少量的报导（见AIAA    paper    No.70-703    D.W.Harrey文《用于液体火箭发动机上的节流文氏管》以及美国专利3894562和美国专利4285318）。由于流量可调汽蚀文氏管技术是变推力液体火箭发动机上控制推力变化的关键技术，而且牵涉到国家的军事利益，因此国外虽有少量有关报导，但其具体技术的实现则是作为国家军事机密予以保密的。

本发明的目的是，提供一种简便可行的流量可调汽蚀文氏管的设计方法，使采用该方法设计的汽蚀文氏管能够满足变推力液体火箭发动机控制秒流量进而控制推力变化的需要。

参照附图，本发明的要点是通过理论公式确定流量可调汽蚀文氏管的调节锥角度θ、喉部直径dt、工作最小间隙L1。具体设计方法如下：

1.由设计一个文氏管所需的八个已知条件秒流量最大相对误差ξ、调节最小秒流量G1、调节最大秒流量G2、液体密度γo、喉部圆角半径γt、文氏管入口压力P1、饱和蒸汽压Ps、调节锥行程差φ出发，通过公式

$\mathrm{(1)C=}\sqrt{\mathrm{2g\gamma o(P1-Ps)}}$

（2）C1＝（G1+G2）（1+ξ）

（3） $\mathrm{C2=2}\sqrt{\mathrm{G1G2}}\mathrm{(1-\xi \; )}$

（4）Do²＝〔（1+ξ）/ξ〕〔（C1-C2）/（μπC）〕

（5）σ＝（4G2）/（μπCDo²）

$\left(6\right){\mathrm{\ψ}}^{\′}=\frac{1}{2}{D}_0^2(1-\sqrt{1-\mathrm{\σ}})$

$\left(7\right){\mathrm{\ψ}}^{\′}=\frac{1}{2}{D}_0^2(1-\sqrt{1-\mathrm{E\σ}})(E=G1/G2)$

（8）q＝〔（ψ′-ψ）/（φDo）〕²

计算出：q。

2.通过推证和科研实践得出通用常数λ1和λ2，再由公式

（9）C3＝ 1/3 arccosλ2q （λ₂＝-4～-2）

（10）C4＝λ1cosC3 （λ₁＝0.5～3）

计算出：C4。

3.最后由公式

（11）θ＝2arccosC4

（12） $\mathrm{dt=Do}\sqrt{\mathrm{C4}}\mathrm{-2\gamma t(1-C4\; )}$

（13） $\mathrm{L1=\psi \; /(Do}\sqrt{\mathrm{C4}})$

（14） $\mathrm{\delta \; =(\xi \; /4\; )(1+}\sqrt{E}{)}^2\mathrm{G2}$

计算出文氏管的调节锥角度θ、喉部直径dt、工作最小间隙L1以及调节范围内的秒流量最大绝对误差δ。

用本发明的流量可调汽蚀文氏管设计方法设计的文氏管不仅可以用在空间飞行器变推力液体火箭发动机上，作为控制推力变化的关键元件，而且可以用它进行液体流量测量作为流量计使用，还可用在民用化工部门液体流量的精确控制上。同时还由于汽蚀文氏管在工作时能阻隔上下游压力耦合振荡，因此，不论在军用部门，还是在民用部门都有着广泛的应用前景。

附图：流量可调汽蚀文氏管结构原理图。

实施例：（计算过程参照前述公式（1）至（14））

Claims (3)

1、一种流量可调汽蚀文氏管的设计方法，其特征在于：采用如下计算公式得出文氏管设计参数θ、dt、Ll的解析解的计算过程。

(1)C1=(G1+G2)(1+ξ)

(2)C2= $\sqrt{\mathrm{G1G2}}$ (1-ξ)

(3)D² _O=[(1+ξ)/ξ][(C1-C2)/(μπC)]

(4)q=[(ψ′-ψ)/(φDo)]²

(5)C3= 1/3 arccosλ2q

(6)C4=λ1cosC3

(7)θ=2arccosC4

(8)dt=Do $\sqrt{\mathrm{C4}}$ -2γt(1-C4)

(9)L1=ψ/(Do

)

其中ξ、G1、G2、γo、γt、Pl、Ps、φ为已知条件，μ、λ1、λ2为通用常数。

2、根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：公式（5）、（6）采用的通用常数λ1、λ2的取值范围分别是

λ1＝（0.5～3），λ2＝（-4～-2）。

3、根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：该设计方法所确定的已知条件是ξ、G1、G2、γo、γt、P1、Ps、φ等八个。