CN109708896B

CN109708896B - 姿控动力系统定量加注装置及加注方法

Info

Publication number: CN109708896B
Application number: CN201811521137.6A
Authority: CN
Inventors: 李林永; 王朋军; 安成琳; 李志勋; 曹明明; 李广阔; 汪林; 李亮; 杨敏利; 王伟
Original assignee: Xian Aerospace Propulsion Testing Technique Institute
Current assignee: Xian Aerospace Propulsion Testing Technique Institute
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2020-10-13
Anticipated expiration: 2038-12-12
Also published as: CN109708896A

Abstract

本发明涉及一种姿控动力系统定量加注装置及加注方法，解决现有加注系统对加注精度造成偏差的问题。该装置包括加注控制台、抽真空系统、加注容器、电子秤、稳压系统、加注连接装置、加注管路；加注管路包括输送管道、金属软管、加注隔离阀、过滤器和加注电磁阀；输送管道的一端通过加注连接装置与姿控动力系统贮箱连接，另一端与金属软管连接；输送管道的与加注连接装置连接的一端还设置有放液阀；抽真空系统包括真空泵、真空管道、真空计；真空管道的一端与真空泵连接，另一端与加注隔离阀连通；稳压系统包括增压气瓶，加注容器和增压气瓶均设置在电子秤上，增压气瓶与加注容器连通；加注容器通过加注容器出液阀与加注管路的输送管道连通。

Description

姿控动力系统定量加注装置及加注方法

技术领域

本发明涉及姿控动力系统试验领域，具体涉及一种姿控动力系统定量加注装置及加注方法。

背景技术

姿控动力系统试验中发动机工作所需的推进剂需预先定量加注至贮箱中。传统的加注方式是预先对贮箱抽真空，然后再利用加注容器和贮箱两者压力差将推进剂加注至贮箱中，在加注过程中加注容器重量的变化量即为推进剂加注量。

姿控动力系统的定量加注对推进剂加注精度提出了更高要求，一般要求偏差在±150g或±100g范围内，而传统的加注方式忽略了加注管路约束力的变化和增压气体重量，导致加注精度无法满足技术指标要求，具体如下：

第一、加注管路约束力的变化是指加注前加注管路为空管状态，加注后加注管路充满一定压力的液态推进剂，两者状态的不一致必然导致对加注容器的约束力发生变化，而定量加注的计量方式主要是采用电子秤计量其秤上加注容器的重量的变化量，约束力的变化必然影响加注精度；

第二、增压气体重量的影响是指姿控动力系统加注一般是采用负压加注+正压加注相结合的方式。负压加注过程中，推进剂在加注容器与贮箱压差作用下流向贮箱，随着加注量的增压，贮箱压力会逐渐升高，加注容器压力会逐渐降低，当两者压差逐渐减少到一定程度时，推进剂将不再流动，此时需对加注容器增压以提高压差，保证继续加注，此时转为正压加注。在正压加注过程中，增压气体(一般采用氮气，采用外接方式)的重量也施加在电子秤上，必然导致加注量有偏差(一般偏差约为150g)；

上述两种因素对加注精度造成的偏差约为250g～300g，不满足姿控动力系统的定量加注精度的要求。

发明内容

本发明的目的是解决现有加注系统对加注精度造成偏差的问题，提供一种姿控动力系统定量加注装置及加注方法。该装置和方法可有效消除加注管路约束力和增压气体重量对加注精度的影响，提高定量加注精度(加注偏差减少至50g，即电子秤测量精度所造成的偏差)，确保加注量满足技术指标要求。

本发明的技术方案是：

一种姿控动力系统定量加注装置，包括加注控制台、抽真空系统、加注容器、电子秤、稳压系统、加注连接装置、加注管路；所述加注管路包括输送管道、金属软管、加注隔离阀、过滤器和加注电磁阀；所述输送管道的一端通过加注连接装置与姿控动力系统贮箱连接，另一端与金属软管连接，所述加注隔离阀、过滤器和加注电磁阀均设置在输送管道上；所述输送管道的与加注连接装置连接的一端还设置有放液阀；所述抽真空系统包括真空泵、真空管道、真空计；所述真空管道的一端与真空泵连接，另一端与加注隔离阀连通，所述真空计设置在真空管道上；所述加注控制台与电子秤、加注电磁阀连接，用于实时监测、记录推进剂加注量，并在加注到量时关闭加注管路上的加注电磁阀；所述稳压系统包括增压气瓶，所述加注容器和增压气瓶均设置在电子秤上，所述增压气瓶与加注容器连通；所述加注容器通过加注容器出液阀与加注管路的输送管道连通。

进一步地，所述稳压系统还包括气瓶稳压装置，所述增压气瓶通过气瓶稳压装置和加注容器增压阀与加注容器连通。

进一步地，所述气瓶稳压装置包括增压电磁阀和减压器，用于调节加注容器内的压力，从而控制加注速率。

进一步地，所述加注容器上还设置有加注容器压力变送器。

进一步地，所述过滤器选用过滤精度为10μm不锈钢过滤器，用于其上游液体中的多余物和颗粒物。

进一步地，所述加注电磁阀为两位两通电磁阀，工作方式为通电打开、断电关闭，用于实现加注过程的自动控制。

同时，本发明还提供一种基于上述姿控动力系统定量加注装置的加注方法，包括以下步骤：

1)对姿控动力系统贮箱抽真空；

2)放液阀外接回收容器，依次打开加注容器出液阀、加注电磁阀和放液阀，将推进剂填充满加注管路，与加注后的状态保持一致；

3)设置推进剂加注量设定值，推进剂开始加注；

4)待推进剂加注量与设定值一致时，加注控制台控制加注管路中电磁阀自动关闭。

进一步地，步骤3)中，对推进剂开始加注前还包括设置推进剂加注速率上、下限值。

进一步地，步骤3)中，推进剂加注速率的下限值为5g/s，上限值为40g/s。

本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本发明加注装置将稳压系统和加注容器一起放置在电子秤上，增压气体由增压气瓶进入加注容器不会对加注精度造成影响，可直接消除增压气体所造成的加注偏差。

2.在使用本发明装置进行推进剂加注前，通过加注连接装置连接的放液阀进行加注管路的推进剂放液充填(放液阀外接回收容器)，充填后加注管路为满液状态，此时加注管路状态与加注后的状态保持一致，管路约束力也一致，可消除加注前后管路约束不一致对加注精度造成影响。

3.采用本发明装置及其加注办法，可将加注偏差减少至50g，即避免了电子秤测量精度所造成的偏差，加注精度大大提高。

4.本发明装置中的加注控制台实时记录电子秤计量值的变化量，待其变化量等同推进剂加注量时，加注控制台对加注管路上的加注电磁阀断电，从而实现自动定量加注。

5.本发明装置中的加注控制台实时记录电子秤计量值的变化量，若其变化速率(即加注速率)降低至一定程度(一般设置为5g/s)时，加注控制台可控制气瓶稳压控制装置对加注容器进行自动增压，从而提高加注速率，待加注速率升高至一定程度(一般设置为40g/s)时，加注控制台可控制气瓶稳压控制装置停止对加注容器增压。

6.本发明装置中的加注控制台实时将推进剂加注量、电子秤读数等重要参数保存，若加注过程中意外断电，重启装置后加注控制台可自动恢复至断电前状态，确保加注过程可靠性。

7.本发明加注装置可实现推进剂加注速率的自动控制和推进剂到量自动停止加注功能，自动化程度高。

附图说明

图1是本发明姿控动力系统定量加注装置示意图；

图2是本发明姿控动力系统定量加注装置原理框图。

图中标记：1-姿控动力系统贮箱；2-加注控制台；3-真空泵；4-真空计；5-电子秤；6-加注容器；7-增压气瓶；8-气瓶稳压装置；9-加注容器增压阀；10-加注容器压力变送器；11-加注容器出液阀；12-金属软管；13-加注隔离阀；14-加注电磁阀；15-过滤器；16-加注连接装置；17-放液阀。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。

为实现姿控动力系统贮箱推进剂定量加注，并消除管路约束力变化和增压气体重量对加注精度影响，本发明提供了一种姿控动力系统定量加注装置及加注方法。

如图1、图2所示的一种姿控动力系统定量加注装置，包括加注控制台2、抽真空系统、加注容器6、放液阀17、电子秤5、稳压系统、加注连接装置16和加注管路。

加注控制台2用于实时监测、记录推进剂加注速率和加注量，在加注过程中可通过控制稳压系统，从而调节加注速率，并在加注到量时关闭加注管路上加注电磁阀14从而实现推进剂定量加注，其具体与加注电磁阀14、压力变送器、增压电磁阀、减压器、电子秤5等连接。

加注管路用于将推进剂由加注容器6供应至姿控动力系统贮箱1，加注管路用于连接姿控动力系统贮箱1、加注管路和加注控制台2，用于实现对姿控动力系统贮箱1抽真空和推进剂加注供应。加注管路包括输送管道、金属软管12、加注隔离阀13、过滤器15和加注电磁阀14；输送管道的一端通过加注连接装置16与姿控动力系统贮箱1连接，另一端与金属软管12连接，加注隔离阀13、过滤器15和加注电磁阀14均设置在输送管道上；过滤器15选用过滤精度为10um的不锈钢过滤器，用于其上游液体中的多余物和颗粒物；金属软管12选用特氟隆金属软管，其作用是便于将真空泵3、加注容器6和贮箱连接。加注电磁阀14选用两位两通电磁阀，工作方式为通电打开、断电关闭，用于实现加注过程的自动控制。输送管道的与加注连接装置16连接的一端还设置有放液阀17，用于对加注管路进行填充。

加注连接装置16用于连接姿控动力系统贮箱1接口和加注管路，通过该装置可打开/关闭贮箱接口。该装置为现有装置，例如可采用实用新型名称为一种旋塞式发动机加注控制器，专利号：201320182762.9的旋塞式发动机加注控制器，该旋塞式发动机加注控制器的进液口与加注管路连接，加注口与姿控动力系统贮箱1连接。

抽真空系统完成姿控动力系统贮箱1抽真空，包括真空泵3、真空管道、真空计4；真空管道的一端与真空泵3连接，另一端与加注隔离阀13连通，真空计4设置在真空管道上；真空泵3选用德国莱宝公司的SC 15D涡旋式干式无油真空泵，用于对姿控动力系统贮箱1抽真空，真空计4用于测量姿控动力系统贮箱1的真空值。

加注容器6和增压气瓶7均设置在电子秤5上，增压气瓶7通过气瓶稳压装置8和加注容器增压阀9与加注容器6连通；增压气瓶7用于提供加注容器6增压所需的高压气体；气瓶稳压装置8包括增压电磁阀、减压器，用于将增压气瓶7内高压气体调节至一定压力，并根据加注速率调节加注容器6内压力，加注容器6上的压力变送器用于测量加注容器6内压力值。

加注容器6用于贮存推进剂，加注容器6置于电子秤5上，加注容器6通过加注容器出液阀11与加注管路的输送管道连通，通过对其增压将推进剂通过加注管路加注至姿控动力系统贮箱1中。

电子秤5用于测量加注容器6和增压气瓶的重量，加注过程中通过其计量值变化量确定推进剂加注量，电子秤5选用50g感量、300kg量程的电子秤，用于测量加注容器6的重量。加注控制台2实时记录电子秤5计量值的变化量，若其变化速率(即加注速率)降低至一定程度(一般设置为5g/s)时，加注控制台2可控制气瓶稳压装置对加注容器6进行自动增压，从而提高加注速率，待加注速率升高至一定程度(一般设置为40g/s)时，加注控制台2可控制气瓶稳压装置停止对加注容器6增压。加注控制台2实时将推进剂加注量、电子秤5读数等重要参数保存，若加注过程中意外断电，重启装置后加注控制台2可自动恢复至断电前状态，确保加注过程可靠性。

推进剂加注速率可按照一定时间内电子秤读数变化量按照式(1)可求得。

式中：q——加注速率，g/s；

Q₀——电子秤5初值，g；

Q_m——Δt时间后电子秤5读数，g。

加注前将加注装置安装在姿控动力系统附近，加注容器6和稳压气瓶置于电子秤5上，加注连接装置16与姿控动力系统贮箱1接口对接，通过加注管路将加注容器6(出液阀)、加注控制台2(抽真空接口)和加注连接装置16连接。本发明装置的工作原理是：首先对姿控动力系统贮箱1抽真空，然后采用负压加注+正压加注相结合的加注方式进行推进剂加注。加注过程中，推进剂在加注容器6与贮箱压差作用下流向贮箱，待加注量满足加注要求时关闭加注管路上阀门，加注完成。

如图2所示，对姿控动力系统贮箱1进行抽真空，通过加注连接装置16将贮箱接口打开，同时打开加注管路中的加注电磁阀14和加注隔离阀13(保证放液阀17和加注容器出液阀11关闭)，启动加注控制台2中的真空泵3即可对贮箱抽真空，通过真空测量显示装置可直接读取贮箱真空度，真空度满足要求时关闭所有阀门和贮箱接口内阀芯，停止真空泵3。

抽真空后放液阀17外接回收容器，依次打开加注容器出液阀11、加注电磁阀14和放液阀17，将推进剂填充满加注管路，与加注后的状态保持一致。

加注管路充填后在加注控制台2中设置推进剂加注量设定值，启动加注控制台2的自动加注程序，通过加注连接装置16将贮箱接口打开，推进剂开始加注，加注过程中加注控制台2实时记录电子秤5计量值的变化量(等同于推进剂加注量)，待推进剂加注量与设定值一致时，加注控制台2控制加注管路中电磁阀自动关闭，加注结束。

加注前在加注控制台2中设置推进剂加注速率上下限值(通常下限为5g/s，上限为40g/s)。加注过程中，加注控制台2实时记录加注速率，速率低于下限时，加注控制台2可控制气瓶稳压装置对加注容器6进行增压，加注速率，速率高于上限时，加注控制台2可控制气瓶稳压装置停止对加注容器6增压。

加注控制台2实时将推进剂加注量、电子秤5读数等重要参数保存至数据库中，若加注过程中意外断电，重启装置后加注控制台2可自动恢复至断电前状态，确保加注过程可靠性。姿控动力系统定量加注装置作为姿控动力系统推进剂的定量加注之用，由加注控制台2、加注容器6、电子秤5、稳压系统、加注连接装置16、加注管路等组成。加注控制台2主要包括加注控制台2、真空泵3、真空计4、真空管路及相关管路附件构成，完成姿控动力系统贮箱1抽真空、实时监测推进剂加注量并在加注到量时关闭加注电磁阀14从而实现推进剂定量加注；加注容器6用于贮存推进剂；电子秤5用于测量加注容器6流出的推进剂重量；稳压系统包括增压气瓶7和气瓶稳压装置8，用于提供加注时加注容器6所需增压气体；加注连接装置16用于连接姿控动力系统贮箱1接口；加注管路包括金属软管12、加注隔离阀、过滤器15和加注电磁阀，用于将推进剂由加注容器6供应至姿控动力系统贮箱1。姿控动力系统定量加注装置及加注方法可在试验现场或飞行靶场对姿控动力系统进行推进剂的定量加注，可有效消除加注管路约束力和增压气体重量对加注精度的影响，提高定量加注精度。

Claims

1.一种姿控动力系统定量加注装置，其特征在于：包括加注控制台(2)、抽真空系统、加注容器(6)、电子秤(5)、稳压系统、加注连接装置(16)、加注管路；

所述加注管路包括输送管道、金属软管(12)、加注隔离阀(13)、过滤器(15)和加注电磁阀(14)；所述输送管道的一端通过加注连接装置(16)与姿控动力系统贮箱(1)连接，另一端与金属软管(12)连接，所述加注隔离阀(13)、过滤器(15)和加注电磁阀(14)均设置在输送管道上；所述输送管道与加注连接装置(16)连接的一端还设置有放液阀(17)；

所述抽真空系统包括真空泵(3)、真空管道、真空计(4)；所述真空管道的一端与真空泵(3)连接，另一端与加注隔离阀(13)连通，所述真空计(4)设置在真空管道上；

所述加注控制台(2)与电子秤(5)、加注电磁阀(14)连接，用于实时监测、记录推进剂加注量，并在加注到量时关闭加注管路上的加注电磁阀(14)；

所述稳压系统包括增压气瓶(7)，所述加注容器(6)和增压气瓶(7)均设置在电子秤(5)上，所述增压气瓶(7)与加注容器(6)连通；所述加注容器(6)通过加注容器出液阀(11)与加注管路的输送管道连通。

2.根据权利要求1所述的姿控动力系统定量加注装置，其特征在于：所述稳压系统还包括气瓶稳压装置(8)，所述增压气瓶(7)通过气瓶稳压装置(8)和加注容器增压阀(9)与加注容器(6)连通。

3.根据权利要求2所述的姿控动力系统定量加注装置，其特征在于：所述气瓶稳压装置(8)包括增压电磁阀和减压器，用于调节加注容器(6)内的压力，从而控制加注速率。

4.根据权利要求1或2或3所述的姿控动力系统定量加注装置，其特征在于：所述加注容器(6)上还设置有加注容器压力变送器(10)。

5.根据权利要求4所述的姿控动力系统定量加注装置，其特征在于：所述过滤器(15)选用过滤精度为10μm不锈钢过滤器。

6.根据权利要求5所述的姿控动力系统定量加注装置，其特征在于：所述加注电磁阀(14)为两位两通电磁阀，工作方式为通电打开、断电关闭，用于实现加注过程的自动控制。

7.基于权利要求1至6任一所述姿控动力系统定量加注装置的加注方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对姿控动力系统贮箱抽真空；

3)设置推进剂加注量设定值，推进剂开始加注；

4)待推进剂加注量与设定值一致时，加注控制台控制加注电磁阀自动关闭。

8.根据权利要求7所述的姿控动力系统定量加注方法，其特征在于：步骤3)中，推进剂开始加注前还包括设置推进剂加注速率的上、下限值。

9.根据权利要求8所述的姿控动力系统定量加注方法，其特征在于：步骤3)中，推进剂加注速率的下限值为5g/s，上限值为40g/s。