CN109269719A - 一种燃气流场压力测试系统工作频带试验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃气流场压力测试系统工作频带试验装置及方法，属于燃气流场高温压力测试技术领域。本发明通过成本很低的空气弹簧和力锤，产生了上升时间和幅值可调的阶跃压力，实现了压力测试系统工作频带测试工作，这种装置造价低廉且携带、使用方便，可以满足绝大多用户对测试动态压力工作带宽的需求。

Description

一种燃气流场压力测试系统工作频带试验装置及方法
技术领域
本发明涉及一种燃气流场压力测试系统工作频带试验装置及方法，属于燃气流场高温压力测试技术领域。
背景技术
在运载火箭高温流场测试过程中，动态压力测试是由安装在发射台上的压力测试系统完成的，压力测试系统由引压管、隔热接头和动态压力传感器组成。高温燃气流场压力通过引压管和隔热接头传递到动态压力传感器中，由于“管腔效应”的存在，压力测试系统工作频带上限会随着引压管长度和连接方式的不同而快速下降。
现有技术中，压力测试系统工作频带测试工作一般采用厂家生产的激波管或动态压力标定系统，激波管或动态压力标定系统体积大，便携性差。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种燃气流场压力测试系统工作频带试验装置及方法，该试验装置及方法能够获取压力测试系统工作频带。
本发明的技术解决方案是：
一种燃气流场压力测试系统工作频带试验装置，该试验装置包括空气弹簧、力锤、标准压力传感器和数据采集系统；空气弹簧包括上安装面、下安装面和气囊，下安装面上有充气嘴、两个螺纹通孔；上安装面和下安装面固定安装在气囊的两端；气囊的内腔是封闭的；
标准压力传感器通过其中一个螺纹通孔固定连接在空气弹簧的下安装面上，待测试的压力测试系统通过另一个螺纹通孔固定连接在空气弹簧的下安装面上；
在空气弹簧上带有充气嘴的安装面上开两个螺纹通孔，其中一个用于固定连接标准压力传感器，即标准压力传感器能够测试到空气弹簧内部压力；另外一个螺纹通孔用于固定连接待测试的压力测试系统，即待测试的压力测试系统能够测试到空气弹簧内部压力，数据采集系统与待测试的压力测试系统连接，数据采集系统与标准压力传感器连接，即数据采集系统用于采集待测试的压力测试系统输出的压力信号和标准压力传感器输出的压力信号。
一种燃气流场压力测试系统工作频带试验方法，该方法的步骤包括：
(1)将待测试的压力测试系统固定连接到空气弹簧上，并给空气弹簧充气0.2-0.7MPa；
(2)使用力锤敲击空气弹簧的安装面(该安装面没有充气嘴)，敲击至少三次，每次敲击间隔时间不低于3s；
(3)数据采集系统采集到待测试的压力测试系统输出的压力信号和标准压力传感器输出的压力信号，并输出待测试的压力测试系统测试到的空气弹簧内部的压力曲线和标准压力传感器测试到的空气弹簧内部的压力曲线；
(4)读取待测试的压力测试系统测试到的空气弹簧内部的压力曲线上的阶跃时间t1和峰值p1，读取标准压力传感器测试到的空气弹簧内部的压力曲线上的阶跃时间t2和峰值p2；
(5)如果峰值p1和峰值p2的相差1％以内，则待测试的压力测试系统的工作响应时间不高于t2，即待测试的压力测试系统的工作频带不低于1/t2；如果峰值p1和峰值p2的相差超过1％，则待测试的压力测试系统的工作响应时间高于t2，即待测试的压力测试系统的工作频带低于1/t2；
改变步骤(2)中力锤的材料可以改变空气弹簧内部的压力阶跃时间，力锤的材料可以为金属、塑料、硬橡胶、软橡胶；
改变步骤(1)中空气弹簧中的充气压力可以改变空气弹簧内部的压力阶跃时间；
在使用力锤敲击时也可以将空气弹簧用支架进行固定。
峰值p1和峰值p2的差值的计算方法为：(p1-p2)/p1。
本发明的有益效果：
(1)本试验装置通过成本很低的空气弹簧和力锤，产生了上升时间和幅值可调的阶跃压力，实现了压力测试系统工作频带测试工作，这种装置造价低廉且携带、使用方便，可以满足绝大多用户对测试动态压力工作带宽的需求。
(2)在空气弹簧下安装面，安装一个标准和待测试压力系统(或传感器)，用不同材质的力锤敲击空气弹簧上表面，使空气弹簧内产生一个压力阶跃，通过对标准和待测试压力传感器测试数据进行分析，获取压力测试系统工作带宽。空气弹簧内脉冲压力上升时间由空气弹簧压力大小、锤子锤头的材质和锤击速度调节。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图。
具体实施方式
一种燃气流场压力测试系统工作频带试验装置，该试验装置包括空气弹簧、力锤、标准压力传感器和数据采集系统；空气弹簧包括上安装面、下安装面和气囊，下安装面上有充气嘴、两个螺纹通孔；上安装面和下安装面固定安装在气囊的两端；气囊的内腔是封闭的；
标准压力传感器通过其中一个螺纹通孔固定连接在空气弹簧的下安装面上，待测试的压力测试系统通过另一个螺纹通孔固定连接在空气弹簧的下安装面上；
在空气弹簧上带有充气嘴的安装面上开两个螺纹通孔，其中一个用于固定连接标准压力传感器，即标准压力传感器能够测试到空气弹簧内部压力；另外一个螺纹通孔用于固定连接待测试的压力测试系统，即待测试的压力测试系统能够测试到空气弹簧内部压力，数据采集系统与待测试的压力测试系统连接，数据采集系统与标准压力传感器连接，即数据采集系统用于采集待测试的压力测试系统输出的压力信号和标准压力传感器输出的压力信号。
一种燃气流场压力测试系统工作频带试验方法，该方法的步骤包括：
(1)将待测试的压力测试系统固定连接到空气弹簧上，并给空气弹簧充气0.2-0.7MPa；
(2)使用力锤敲击空气弹簧的安装面(该安装面没有充气嘴)，敲击至少三次，每次敲击间隔时间不低于3s；
(3)数据采集系统采集到待测试的压力测试系统输出的压力信号和标准压力传感器输出的压力信号，并输出待测试的压力测试系统测试到的空气弹簧内部的压力曲线和标准压力传感器测试到的空气弹簧内部的压力曲线；
(4)读取待测试的压力测试系统测试到的空气弹簧内部的压力曲线上的阶跃时间t1和峰值p1，读取标准压力传感器测试到的空气弹簧内部的压力曲线上的阶跃时间t2和峰值p2；
(5)如果峰值p1和峰值p2的相差1％以内，则待测试的压力测试系统的工作响应时间不高于t2，即待测试的压力测试系统的工作频带不低于1/t2；如果峰值p1和峰值p2的相差超过1％，则待测试的压力测试系统的工作响应时间高于t2，即待测试的压力测试系统的工作频带低于1/t2；
改变步骤(2)中力锤的材料可以改变空气弹簧内部的压力阶跃时间，力锤的材料可以为金属、塑料、硬橡胶、软橡胶；
改变步骤(1)中空气弹簧中的充气压力可以改变空气弹簧内部的压力阶跃时间；
在使用力锤敲击时也可以将空气弹簧用支架进行固定。
峰值p1和峰值p2的差值的计算方法为：(p1-p2)/p1。
如图1所示，它具有一个单气囊空气弹簧和一个与之发生敲击的力锤，在空气弹簧下安装面装有一个标准压力传感器和一个被测压力系统(由被测传感器、隔温接头和引压管组成)，空气弹簧安装在支架上。标准压力传感器通过空气弹簧下安装平面的安装螺纹与空气弹簧内空气相通，标准压力传感器膜片与下安装面内侧齐平；被测试压力系统通过空气弹簧下安装平面的安装螺纹与空气弹簧内空气相通。力锤敲击空气弹簧的上安装面，使空气弹簧内部产生阶跃压力。
本装置整个工作过程：
1、获取本装置频响参数
试验装置生产出来后，在第一使用时应获取本装置调节参数，具体工作过程如下：
第一步按图1所示安装好试验装置
第二步空气弹簧充气气压0.3MPa，获取本装置频响参数；
分别用不同材质(金属、塑料、硬橡胶、软橡胶)锤头的力锤敲击空气弹簧上安装面，使空气弹簧内产生不同上升时间的压力阶跃，同时采集标准压力和力锤内置传感器信号。通过分析这些数据得出不同材质力锤在不同敲击力作用下本装置阶跃压力频响(上升时间)。
第三步空气弹簧分别充气气压0.4、0.5、0.6MPa，采用与第二步相同方法获取本装置频响(上升时间)。
2、获取被测压力系统工作频率范围；
根据被测压力系统工作频率测试要求，选择适合的锤头和锤击力击打空气弹簧上安装面，使空气弹簧内产生不同上升时间的压力阶跃，同时采集标准压力、被测压力系统和力锤内置传感器信号，通过对两路压力信号进行处理，最终获得被测压力系统工作带宽。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例
如图1所示，一种燃气流场压力测试系统工作频带试验装置，该试验装置包括空气弹簧、力锤2、标准压力传感器和数据采集系统；空气弹簧包括下安装面11、上安装面12和气囊13，下安装面11上有充气嘴、两个螺纹通孔；上安装面12和下安装面11固定安装在气囊13的两端；气囊13的内腔是封闭的；在使用力锤敲击时将空气弹簧用支架3进行固定。
标准压力传感器通过其中一个螺纹通孔固定连接在空气弹簧的下安装面上，待测试的压力测试系统通过另一个螺纹通孔固定连接在空气弹簧的下安装面上；
在空气弹簧上带有充气嘴的安装面上开两个螺纹通孔，其中一个用于固定连接标准压力传感器，即标准压力传感器能够测试到空气弹簧内部压力；另外一个螺纹通孔用于固定连接待测试的压力测试系统，即待测试的压力测试系统能够测试到空气弹簧内部压力，数据采集系统与待测试的压力测试系统连接，数据采集系统与标准压力传感器连接，即数据采集系统用于采集待测试的压力测试系统输出的压力信号和标准压力传感器输出的压力信号。
一种燃气流场压力测试系统工作频带试验方法，该方法的步骤包括：
(1)将待测试的压力测试系统固定连接到空气弹簧上，并给空气弹簧充气0.3MPa；
(2)使用铁材质的力锤敲击空气弹簧的安装面(该安装面没有充气嘴)，敲击三次，每次敲击间隔时间为3s；
(3)数据采集系统采集到待测试的压力测试系统输出的压力信号和标准压力传感器输出的压力信号，并输出待测试的压力测试系统测试到的空气弹簧内部的压力曲线和标准压力传感器测试到的空气弹簧内部的压力曲线；
(4)读取待测试的压力测试系统测试到的空气弹簧内部的压力曲线上的阶跃时间t1＝0.5ms和峰值p1＝50kPa，读取标准压力传感器测试到的空气弹簧内部的压力曲线上的阶跃时间t2＝0.5ms和峰值p2＝50kPa；
(5)如果峰值p1和峰值p2的相差1％以内，则待测试的压力测试系统的工作响应时间不高于0.5ms，即待测试的压力测试系统的工作频带不低于2000Hz。

Claims (10)

1.一种燃气流场压力测试系统工作频带试验装置，其特征在于：该试验装置包括空气弹簧、力锤、标准压力传感器和数据采集系统；
标准压力传感器固定连接在空气弹簧的下安装面上；
待测试的压力测试系统固定连接在空气弹簧的下安装面上；
数据采集系统用于采集待测试的压力测试系统输出的压力信号和标准压力传感器输出的压力信号。
2.根据权利要求1所述的一种燃气流场压力测试系统工作频带试验装置，其特征在于：空气弹簧包括上安装面、下安装面和气囊，上安装面和下安装面固定安装在气囊的两端，下安装面上有充气嘴和两个螺纹通孔。
3.根据权利要求2所述的一种燃气流场压力测试系统工作频带试验装置，其特征在于：待测试的压力测试系统通过其中一个螺纹通孔固定连接在空气弹簧的下安装面上，待测试的压力测试系统能够测试到空气弹簧内部压力，标准压力传感器通过另一个螺纹通孔固定连接在空气弹簧的下安装面上，标准压力传感器能够测试到空气弹簧内部压力。
4.一种燃气流场压力测试系统工作频带试验方法，其特征在于该方法的步骤包括：
(1)将待测试的压力测试系统固定连接到空气弹簧的下安装面上，并给空气弹簧充气；
(2)使用力锤敲击空气弹簧的上安装面；
(3)数据采集系统采集到待测试的压力测试系统输出的压力信号和标准压力传感器输出的压力信号，并输出待测试的压力测试系统测试到的空气弹簧内部的压力曲线L1和标准压力传感器测试到的空气弹簧内部的压力曲线L2；
(4)读取步骤(3)中曲线L1上的阶跃时间t1和峰值p1，读取曲线L2上的阶跃时间t2和峰值p2；
(5)计算步骤(4)得到的峰值p1和峰值p2的差值，根据计算得到的差值，获得待测试的压力测试系统的工作频带的范围。
5.根据权利要求4所述的一种燃气流场压力测试系统工作频带试验方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，给空气弹簧充气的压力为0.2-0.7MPa。
6.根据权利要求4所述的一种燃气流场压力测试系统工作频带试验方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，使用力锤敲击空气弹簧的上安装面的次数不少于三次，每次敲击间隔时间不低于3s。
7.根据权利要求4所述的一种燃气流场压力测试系统工作频带试验方法，其特征在于：所述的步骤(5)中，计算峰值p1和峰值p2的差值的公式为：δ＝(p1-p2)/p1。
8.根据权利要求7所述的一种燃气流场压力测试系统工作频带试验方法，其特征在于：δ小于等于1％时，待测试的压力测试系统的工作响应时间不高于t2，待测试的压力测试系统的工作频带不低于1/t2。
9.根据权利要求7所述的一种燃气流场压力测试系统工作频带试验方法，其特征在于：δ大于1％时，待测试的压力测试系统的工作响应时间高于t2，待测试的压力测试系统的工作频带低于1/t2。
10.根据权利要求7所述的一种燃气流场压力测试系统工作频带试验方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，力锤的材料为金属、塑料、硬橡胶或软橡胶。
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