CN106134436B - 航天器推进剂气体流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航天器推进剂气体流量的测量装置，包括：加排阀与液化气瓶连接，加排阀的输出端依次连接前减压器、科氏力质量流量计、电磁气动阀和推力室；推力室通过管路密封于真空舱内，真空舱具有引射抽真空的出口；根据本发明，在液化气瓶的下部安装了一个精密电子秤；在科氏力质量流量计和电磁气动阀之间依次连接有一个缓冲气瓶和一个减压器。本发明解决了现有技术的测量装置因被测气体流速高、测量工况得不到控制和调节而造成的测量精度差的问题，取得了测量准确稳定可靠、结构简单，易于实现等有益效果。

Description

航天器推进剂气体流量测量装置

技术领域

本发明涉及航天飞行器发动机测量装置，特别涉及一种用于发动机地面试验、作为推进剂的气体动态质量流量的测量装置。

背景技术

气体流量测量装置用于对航天飞行器的发动机推进剂的气体动态质量流量的测量。针对气体流量测量，人们设计了很多种流量计，有差压式流量计、涡轮流量计、涡街流量计、超声波流量计等。这些流量计直接测得的都是体积流量，对于宇航飞行器发动机试验来讲，我们更关心的是质量流量。科氏力质量流量计和热式质量流量计因为能直接测量气体的质量流量而成为首选。

科氏力流量计的测量原理基于科氏力科氏力流量计是输出为两个交流信号相位差的传感器，再经过电路把相位差转换成标准信号。适合科氏力流量计的流体宜有较大的密度，否则不够灵敏。

热式流量计采用加热的方法测量流量，流速越高则温差越大。同样的质量流量下，温差与气体的热物性有关。响应时间3～15s。

为了满足发动机试验气体流量的动态测试要求，一般选择响应较快的科氏力质量流量计作为基本的测量元件。

在气体流量测量系统中，流体质点作用在测量管上的科氏力是很小的，这给精确的测量带来很大的困难。为使测量管产生足够强的信号，就应加大科氏力对测量管的作用或在同样的科氏力的作用下增大测量管的变形。然而，这决定于传感器的设计。一般使用时能做的只能是增加流速。这样即增加了测量管上的静压，也增大流量计对整个系统的压力损失。这些问题对流量计本身和整个系统都是不利的。

从原理上讲，测量管所受科氏力的大小只与流体的质量流量有关，与流体密度、粘度无关。但密度的变化会带来附加的惯性力；而粘度的变化时测量管的内壁附着层不同，产生不同的边界层效应。结果引起测量管的质量分配不稳定，对测量结果的准确度带来影响。由于气体的可压缩性，在线的校准是必须的。

目前，公知的发动机试验气体质量流量测量装置包括：

加排阀与液化气瓶连接，实现对液化气瓶的加注或充气。加排阀的输出端依次连接前减压器、科氏力质量流量计、电磁气动阀和推力室；推力室通过管路密封于真空舱内，真空舱具有引射抽真空的出口。

一般来讲，用科氏力质量流量计直接测量气体流量时，如果气体的流速过快，就会超出流量计所能接受的流体流动状态，而不能进行有效的测量。上述现有技术的测量装置，由于发动机的入口压力不高，气体流量较大，并且得不到有效的控制和调节，因此，流经测量管的气体流速均超过流量计允许的范围，故难以取得较好的效果，导致测量精度差、测量不稳定等问题。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的因气体流量大、得不到控制和调节而造成的测量精度差、测量不稳定等问题，本发明的目的在于提供一种航天器推进剂气体流量测量装置。利用本发明的装置，不但可降低气体流速，保证压力稳定；而且能进行测量标定和校验。

为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种航天器推进剂气体流量测量装置，该装置包括：加排阀与液化气瓶连接，加排阀的输出端依次连接前减压器、科氏力质量流量计、电磁气动阀和推力室：推力室通过管路密封于真空舱内，真空舱具有引射抽真空的出口。

根据本发明，该装置还包括：在液化气瓶的下部安装了一个精密电子秤；在科氏力质量流量计和电磁气动阀之间依次连接有一个缓冲气瓶和一个后减压器。上述推力室、电磁气动阀和科氏力质量流量计与一个计算机数据采集处理系统相接，数字信号处理部分采集电磁气动阀电流曲线和科氏力质量流量计的输出信号。

本发明航天器推进剂气体流量测量装置，由于采取上述的技术方案，在液化气瓶的下部安装了一个精密电子秤，进行必要的在线标定和验证。在科氏力质量流量计和电磁气动阀之间增加了一个缓冲气瓶和一个后减压器，降低了被测量气体在测量管中的流速；并用数字信号处理部分采集电磁气动阀电流曲线和科氏力质量流量计的输出信号，根据测量需要进行数字动态补偿或修正，满足气体流量的动态测量要求。因此，本发明解决了因气体流量大、得不到控制和调节而造成的测量精度差、测量不稳定等问题，取得了测量准确稳定可靠、结构简单、易于实现等有益效果。

本发明已在某型号飞行器的液化汽冷气喷嘴流量测量中得到验证。

附图说明

图1为现有技术，表示常用的航天器推进剂气体流量测量装置的组成；

图2为本发明的航天器推进剂气体流量测量装置的组成图；

图3为本发明的实施效果图。

具体实施方式

图1为现有技术，表示常用的航天器推进剂气体流量测量装置的组成；

如图1所示，该装置包括：

液化气瓶2与加排阀1连接，通过加排阀1实现对液化气瓶2的加注。加排阀1的输出端通过测量管路依次连接前减压器3、科氏力质量流量计9、电磁气动阀6和推力室4；推力室4通过管路密封于真空舱5内，真空舱5具有引射抽真空的出口。

上述现有技术的装置在进行发动机地面试验过程中，由于发动机入口压力不高，而气体流量较大，因此流经测量管的气体流速均超过流量计9允许的范围，故难以取得较好的效果。

下面结合附图说明本发明的优选实施例。

图2为本发明的航天器推进剂气体流量测量装置的组成图，如图2的实施例所示，该装置包括：气源部分、气体流量测量部分、气体流量测量标定校验部分、试验系统部分和数字信号处理部分。

气源部分包括液化气瓶2与加排阀1连接，通过加排阀1实现对液化气瓶2的加注或充气，使之处于较高的工作压力。

气体流量测量部分由前减压器3、科氏力质量流量计9、缓冲气瓶8和后减压器7依次连接组成，前减压器3的输入端与加排阀1的输出端连接。

气体流量测量标定校验部分包括一个精密电子秤10，安装于液化气瓶2的下部，用于对液化气瓶2内的液化气存量进行计量。

试验系统部分由依次连接的电磁气动阀6、真空舱5和推力室4组成；电磁气动阀6的输入端与气体流量测量部分的后减压器7的输出端连接，推力室4通过管路密封于真空舱5内，真空舱5具有引射抽真空的出口。

数字信号处理部分通过对推力室4、电磁气动阀6电流曲线和科氏力质量流量计9信号的采集，用动态标定的方法，可以实现对系统的建模，并根据测量需要进行数字动态补偿或修正，满足气体流量的动态测量要求。

与附图1比较可见，本发明实施例的改进之处在于：在液化气瓶2的下部安装了一个精密电子秤10，进行必要的在线标定和验证。在科氏力质量流量计9和电磁气动阀6之间增加了一个缓冲气瓶8和一个减压器7，降低了被测量气体在测量管中的流速。

本发明实施例中，前减压器3的出口压力按科氏力质量流量计的额定工作压力选取，最大限度地使流量计工作在其额定工作压力的上限。后减压器7的出口压力则根据发动机试验所要求的入口压力选取。缓冲气瓶8的设置是为了保证后减压器7入口压力的稳定，确保推力室工作在其额定工况，三者的配合使用，保证了流量计9的正常工作。并且，流量计的测量结果的可靠性还可通过标定校验部分的精密电子秤10进行标定和验证，可以消除因气体压力变化而引起的密度变化，从而带来附加的惯性力；也可消除粘度的变化时测量管的内壁附着层不同，产生不同的边界层效应。

因此，由于本发明在通常的测量方法的基础上增加一级减压，有效地减低了气体流经测量管的流速，从而保证了测量的稳定性。对于因密度、粘度引起的传感器测量参数的变化则通过在线的称重设备精密电子秤10进行标定和校验。由于本发明装置中被测气体密度的增加，使流体质点作用在测量管上的力增加，有效地拓宽了科氏力流量计9的气体流量测量范围。一般来讲，在发动机试验中，用科氏力质量流量计9直接测量气体流量时，由于流速过快，超出流量计所能接受的流体流动状态，难以取得满意的效果。而本发明的装置通过提高压力的方法有效地增加了流体的密度，相应地降低了流经测量管的流体流速，从而保证了测量的准确性。

图3为本发明的实施实例效果图，如图3所示，本发明在某型号的试验任务上进行了在线测试。我们用称重法对科氏力质量流量计的测量结果进行了对比。试车结果表明，该方法的测量结果非常可靠。实验结果如表1所示。

表1全气状态试车数据比对

Claims (3)

1.一种航天器推进剂气体流量测量装置，包括：加排阀与液化气瓶连接，加排阀的输出端依次连接前减压器、科氏力质量流量计、电磁气动阀和推力室；推力室通过管路密封于真空舱内，真空舱具有引射抽真空的出口；其特征在于，该装置还包括：

在液化气瓶的下部安装了一个精密电子秤；在科氏力质量流量计和电磁气动阀之间依次连接有一个缓冲气瓶和一个后减压器。

2.如权利要求1所述的气体流量测量装置，其特征在于：所述的推力室、电磁气动阀和科氏力质量流量计与一个计算机数据采集处理系统相接，数字信号处理部分采集电磁气动阀电流曲线和科氏力质量流量计的输出信号。

3.如权利要求1所述的气体流量测量装置，其特征在于：所述的前减压器的出口压力按科氏力质量流量计的额定工作压力选取，后减压器的出口压力根据发动机试验所要求的入口压力选取。