CN109932165A - 一种长寿命气路的节流元件调试验证系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长寿命气路的节流元件调试验证系统及方法。该系统包括容器系统、压力测量组件和管阀组件。试验系统具有结构简单，易实现的优点。试验方法规定了试验的具体步骤，包括结合数值仿真预先选取合适的节流元件；然后通过试验得到调试压力下，基于该节流元件的补气增压数据；将试验数据与仿真数据进行对比分析，预判该节流元件在工作压力下的性能；确定节流元件后，完成增压过程的验证。该方法不仅简单，且可操作性强，大大减少了试验成本和时间，可以有效的完成长寿命增压气路的节流元件调试及增压过程验证。

Description

一种长寿命气路的节流元件调试验证系统及方法

技术领域

本发明涉及航天器双组元推进系统技术，尤其涉及一种长寿命气路的节流元件调试验证系统及方法。

背景技术

对于有较高机动能力及长期变轨需求的卫星，推进系统一般采用双组元推进系统，并配备长寿命增压气路。长寿命增压气路一般由气瓶、加排阀、气体节流元件、常开电爆阀、常闭电爆阀等组成，可以通过不同形式的组合实现对贮箱的一次或多次增压。

贮箱不能承受过高的压力，因而高压氦气的减压控制通过节流元件来完成。如果节流元件选取不当，可能会使得贮箱补气过程中出现较高的压力峰，从而对贮箱及阀门造成不利的影响，严重时甚至会导致任务的失败。为了避免出现压力冲击的情况，需要通过试验对节流元件进行选取。仅依靠试验系统进行调试不仅耗费大，效率低，且可能存在安全性的问题。数值仿真成本低，可以预测增压过程，但是可靠性不高。采用试验与数值仿真相结合的方法则可以互相补充，不仅可以有效降低成本，提高效率，且可靠性高。

目前，国内外出版物上未公开发表过相关论文，也没有其他人员申请过同样的发明或者实用新型专利。

发明内容

本发明解决的技术问题是：相比于现有技术，提供了一种长寿命气路的节流元件调试验证系统及方法，实现了对长寿命气路中的节流元件进行选取的目的。

本发明的技术方案是：一种长寿命气路的节流元件调试验证系统，包括：容器系统、压力测量组件和管阀组件；容器系统用于模拟星上气瓶及贮箱的填充状态，管阀组件用于容器系统间的连接及流通控制，压力测量组件用于监视补气过程中容器系统的压力变化。

所述容器系统包括气瓶TH1和四个贮箱；所述气瓶TH1用于存储高压氦气，氧化剂贮箱MON-A、MON-B和燃烧剂贮箱MMH-A、MMH-B用于存储去离子水和氦气。

所述压力测量组件由五个压力传感器组成，压力传感器PT1和PT3分别测量氧化剂贮箱MON-A、MON-B的气口压力，压力传感器PT2和PT4 分别测量燃烧贮箱MMH-A、MMH-B的气口压力，压力传感器PT5测量气瓶TH1的入口压力。

所述管路组件包括七个手阀、五个球阀、两个常闭电爆阀、四个自锁阀、气路管路和液路管路；手阀MV1、MV2、MV3、MV4用于贮箱的充放气，手阀MV5、MV6用于贮箱的液体加注及排放，手阀MV7用于气瓶TH1 的充放气；球阀BV1、BV4用于控制气路和氧化剂贮箱之间的通断，球阀 BV2、BV3用于控制气路和燃烧剂贮箱之间的通断，球阀BV5用于控制气瓶出口的通断；常闭电爆阀PV1、PV2用于验证试验时对气路和贮箱间管路的通断控制；自锁阀LV1、LV3用于控制氧化剂贮箱间液端的通断，自锁阀LV2、LV4用于控制燃烧剂贮箱间液端的通断；气路管路和液路管路用于试验系统各组件间的连接。

所述气瓶TH1入口安装压力传感器PT5和手阀MV5，出口安装球阀 BV5，被测节流元件FO1安装在气瓶TH1出口和球阀BV5入口之间；贮箱MON-A气口安装压力传感器PT1和手阀MV1，液端安装自锁阀LV1，贮箱MON-B气口安装压力传感器PT3和手阀MV3，液端安装自锁阀LV3，手阀MV5安装在自锁阀LV1和LV3的下游；贮箱MMH-A气口安装压力传感器PT2和手阀MV2，液端安装自锁阀LV2，贮箱MMH-B气口安装压力传感器PT4和手阀MV4，液端安装自锁阀LV4，手阀MV6安装在自锁阀LV2和LV4的下游；球阀BV1、BV4分别安装在贮箱MON-A、MON-B的上游，球阀BV3、BV2分别安装在贮箱MMH-A、MMH-B的上游；常闭电爆阀PV1安装在球阀BV5和BV1、BV3之间，常闭电爆阀PV2安装在球阀BV5和BV2、BV4之间；各组件间通过气路管路和液路管路相连接。

一种长寿命气路的节流元件调试及验证方法，包括如下步骤：

步骤一、进行不同孔径节流元件在气瓶压力分别为工作压力和调试压力下的气路的补气增压过程仿真；设节流元件在工作压力和调试压力下仿真得到的最高压力分别为P₁和P₂，节流元件至贮箱间所有部件允许的最高工作压力为P₀；若P₀和P₁的压力差大于裕度压力δP₁，则初步选取该节流元件为待测节流元件FO1；

步骤二、将待测节流元件FO1安装在气瓶TH1和球阀BV5之间，将常闭电爆阀PV1、PV2用直管代替，并进行试验系统检漏；

步骤三、调整贮箱MON-A、MON-B、MMH-A和MMH-B的压力至增压前的数值，该数值取在轨阶段贮箱增压前可能存在的最大压力；

步骤四、利用气源给气瓶TH1充压至调试压力；关闭MV7，打开球阀 BV1、BV4，通过控制球阀BV5对氧化剂贮箱MON-A和MON-B进行补气；当氧化剂贮箱气口压力不再上升时，补气结束，关闭BV1、BV4、BV5；

步骤五、再次利用气源给气瓶TH1充压至调试压力；关闭MV7，打开球阀BV2、BV3，通过控制球阀BV5对燃烧剂贮箱MMH-A和MMH-B进行补气；当燃烧剂贮箱气口压力不再上升时，补气结束，关闭BV2、BV3、 BV5；

步骤六、在当前节流元件下，监测并记录补气过程中的贮箱气口压传 PT1、PT2、PT3、PT4随时间变化的最高压力，并将最高压力记为P_t；若压传的最高压力P_t与仿真压力P₂的压差绝对值小于误差允许值δP₂，则采用当前节流孔；若最高压力P_t与仿真压力P₂的压差绝对值超过误差允许值δP₂，则换用其他孔径的节流元件，重复步骤二到六直至补气的最高压力符合仿真压力值；

步骤七、关闭球阀BV1、BV2、BV3、BV4、BV5，用常闭电爆阀PV1、 PV2替换直管，然后对试验系统进行检漏；

步骤八、贮箱MON-A和MON-B均预先调整至待增压状态；利用气源给气瓶TH1充压至工作压力，依次打开贮箱气口上游的球阀BV1、BV4、 BV5；

步骤九、起爆电爆阀PV1、PV2，对贮箱MON-A和MON-B进行补气，获取补气过程中的贮箱最高压力为P₃；若P₃不大于P₀，则节流元件的选取正确性得到验证。

所述步骤二中检漏的方法采用气泡检漏法，即在管路内充2MPa氦气，目视观察所有连接点，连接点3分钟无气泡出现为合格。

所述裕度压力δP₁的取值范围为：0MPa≤δP₁≤0.5MPa。

所述裕度压力δP₂的取值范围为：0≤δP₂<δP₁。

所述步骤三中的数值范围取1.2MPa～1.4MPa。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明的节流元件调试及验证系统将氧燃两路的增压气路简化成一套气路，可大幅度减少硬件成本；能同时完成节流元件调试及增压过程验证，试验效率更高；环境模拟真实，试验结果更准确；

本发明的节流元件调试及验证方法预先通过数值仿真选取合适的节流元件；然后将试验数据与仿真数据进行对比分析，预判该节流元件在工作压力下的的性能；确定节流元件后，完成增压过程的验证。该方法不仅简单，且可操作性强，大大减少了试验成本和时间，可以有效的完成长寿命增压气路的节流元件调试及增压过程验证。目前已经在低轨遥感平台卫星上得到应用，也可用于其他类似的增压气路系统设计，具有广泛的应用价值和推广前景。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种长寿命气路节流元件的调试及验证系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。

如图1所示，本发明一种长寿命气路的节流元件调试及验证系统，其特征在于包括：容器系统、压力测量组件和管阀组件。容器系统用于模拟星上气瓶及贮箱的填充状态，管阀组件用于容器系统间的连接及流通控制，压力测量组件用于监视补气过程中容器系统的压力变化。

容器系统包括一个气瓶和四个贮箱，气瓶TH1用于存储高压氦气，氧化剂贮箱MON-A、MON-B和燃烧剂贮箱MMH-A、MMH-B用于存储去离子水和氦气。

压力测量组件由五个压力传感器组成，压力传感器PT1和PT3分别测量氧化剂贮箱MON-A、MON-B的气口压力，压力传感器PT2和PT4分别测量燃烧贮箱MMH-A、MMH-B的气口压力，压力传感器PT5测量气瓶 TH1的入口压力。

管阀组件由七个手阀、五个球阀、两个常闭电爆阀、四个自锁阀、气路管路和液路管路组成。手阀MV1、MV2、MV3、MV4用于贮箱的充放气，手阀MV5、MV6用于贮箱的液体加注及排放，手阀MV7用于气瓶的充放气；球阀BV1、BV4用于控制气路和氧化剂贮箱之间的通断，球阀BV2、 BV3用于控制气路和燃烧剂贮箱之间的通断，球阀BV5用于控制气瓶出口的通断；常闭电爆阀PV1、PV2用于验证试验时对气路和贮箱间管路的通断控制；自锁阀LV1、LV3用于控制氧化剂贮箱间液端的通断，自锁阀LV2、 LV4用于控制燃烧剂贮箱间液端的通断；气路管路和液路管路用于试验系统各组件间的连接。

所述气瓶TH1入口安装压力传感器PT5和手阀MV5，出口安装球阀BV5，被测节流元件FO1安装在气瓶TH1出口和球阀BV5入口之间；贮箱MON-A气口安装压力传感器PT1和手阀MV1，液端安装自锁阀LV1，贮箱MON-B气口安装压力传感器PT3和手阀MV3，液端安装自锁阀LV3，手阀MV5安装在自锁阀LV1和LV3的下游；贮箱MMH-A气口安装压力传感器PT2和手阀MV2，液端安装自锁阀LV2，贮箱MMH-B气口安装压力传感器PT4和手阀MV4，液端安装自锁阀LV4，手阀MV6安装在自锁阀 LV2和LV4的下游；球阀BV1、BV4分别安装在贮箱MON-A、MON-B的上游，球阀BV3、BV2分别安装在贮箱MMH-A、MMH-B的上游；常闭电爆阀PV1安装在球阀BV5和BV1、BV3之间，常闭电爆阀PV2安装在球阀BV5和BV2、BV4之间；各组件间通过气路管路和液路管路相连接。为了方便试验过程部件的拆装，所有部件与管路的连接均采用螺接的方式。

本实施例提供的一种长寿命气路的节流元件调试及验证的方法具体可以包括如下步骤：

步骤一、进行不同孔径节流元件在气瓶压力分别为工作压力和调试压力下的气路的补气增压过程仿真，如工作压力为21MPa，调试压力取 10MPa；记节流元件在工作压力和调试压力下仿真得到的最高压力分别为P₁和P₂，又记节流元件至贮箱间所有部件允许的最高工作压力为P₀；若 P₀和P₁的压力差大于裕度压力δP₁，则初步选取该节流元件为待测节流元件 FO1；所述裕度压力δP₁的取值范围为：0.1MPa≤δP₁≤0.5MPa，根据地面试验情况，优选的，所述裕度压力δP₁的取值为：δP₁＝0.3MPa。

步骤二、将调试系统连接，待测节流元件FO1安装在气瓶TH1和球阀BV5之间，将调试系统中的常闭电爆阀PV1、PV2用直管代替，并进行试验系统检漏。检漏方法可采用气泡检漏法，管路内充2MPa氦气的情况下目视观察所有连接点，连接点3分钟无气泡出现为合格。

步骤三、关闭贮箱下游自锁阀LV1、LV2、LV3、LV4；通过手阀MV1、 MV2、MV3、MV4，调整贮箱MON-A、MON-B、MMH-A和MMH-B的压力至增压前的数值，该数值取在轨阶段贮箱增压前可能存在的最大压力，一般取1.2MPa～1.4MPa。

步骤四、打开手阀MV7，利用气源给气瓶TH1充压至调试压力后关闭 MV7；打开球阀BV1、BV4，通过控制球阀BV5对氧化剂贮箱MON-A和 MON-B进行补气；监视压力传感器PT1、PT3的压力变化，当氧化剂贮箱气口压力不再上升时，补气结束，关闭BV1、4、5。

步骤五、再次利用气源给气瓶TH1充压至调试压力；关闭MV7，打开球阀BV2、BV3，通过控制球阀BV5对燃烧剂贮箱MMH-A和MMH-B进行补气；监视压力传感器PT2、PT4的压力变化，当燃烧剂贮箱气口压力不再上升时，补气结束，关闭BV2、3、5。

步骤六、在当前节流元件下，监测并记录补气过程中的贮箱气口的压力传感器PT1、PT2、PT3、PT4随时间变化的最高压力，并将最高压力记为P_t；若压传的最高压力P_t与仿真压力P₂的压差绝对值小于误差允许值δP₂，则采用当前节流孔；若最高压力P_t与仿真压力P₂的压差绝对值超过误差允许值δP₂，则换用其他孔径的节流元件，重复步骤二到六直至补气的最高压力符合仿真压力值；所述裕度压力δP₂的取值范围为：0≤δP₂<δP₁。根据地面试验情况，优选的，所述裕度压力δP₂的取值为：δP₂＝0.1MPa。

步骤七、关闭球阀BV1、BV2、BV3、BV4、BV5，用常闭电爆阀PV1、 PV2替换直管，然后对试验系统进行检漏。

步骤八、打开自锁阀LV1和LV3，将贮箱MON-A和MON-B调整至预增压状态，如通过MV5分别给贮箱MON-A和MON-B各加注去离子水 100Kg，通过MV1和MV3给贮箱MON-A和MON-B放至1.2MPa；打开 MV7给气瓶充氦气至工作压力，然后依次打开贮箱气口上游的球阀BV1、BV4、BV5。

步骤九、起爆电爆阀PV1、2，对贮箱MON-A和MON-B进行补气，获取补气过程中的贮箱最高压力为P₃；若P₃不大于P₀，则节流元件的选取正确性得到验证。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种长寿命气路的节流元件调试验证系统，其特征在于包括：容器系统、压力测量组件和管阀组件；容器系统用于模拟星上气瓶及贮箱的填充状态，管阀组件用于容器系统间的连接及流通控制，压力测量组件用于监视补气过程中容器系统的压力变化。

2.根据权利要求1所述的一种长寿命气路的节流元件调试验证系统，其特征在于：所述容器系统包括气瓶TH1和四个贮箱；所述气瓶TH1用于存储高压氦气，氧化剂贮箱MON-A、MON-B和燃烧剂贮箱MMH-A、MMH-B用于存储去离子水和氦气。

3.根据权利要求2所述的一种长寿命气路的节流元件调试验证系统，其特征在于：所述压力测量组件由五个压力传感器组成，压力传感器PT1和PT3分别测量氧化剂贮箱MON-A、MON-B的气口压力，压力传感器PT2和PT4分别测量燃烧贮箱MMH-A、MMH-B的气口压力，压力传感器PT5测量气瓶TH1的入口压力。

4.根据权利要求3所述的一种长寿命气路的节流元件调试验证系统，其特征在于：所述管路组件包括七个手阀、五个球阀、两个常闭电爆阀、四个自锁阀、气路管路和液路管路；手阀MV1、MV2、MV3、MV4用于贮箱的充放气，手阀MV5、MV6用于贮箱的液体加注及排放，手阀MV7用于气瓶TH1的充放气；球阀BV1、BV4用于控制气路和氧化剂贮箱之间的通断，球阀BV2、BV3用于控制气路和燃烧剂贮箱之间的通断，球阀BV5用于控制气瓶出口的通断；常闭电爆阀PV1、PV2用于验证试验时对气路和贮箱间管路的通断控制；自锁阀LV1、LV3用于控制氧化剂贮箱间液端的通断，自锁阀LV2、LV4用于控制燃烧剂贮箱间液端的通断；气路管路和液路管路用于试验系统各组件间的连接。

5.根据权利要求4所述的一种长寿命气路的节流元件调试验证系统，其特征在于：所述气瓶TH1入口安装压力传感器PT5和手阀MV5，出口安装球阀BV5，被测节流元件FO1安装在气瓶TH1出口和球阀BV5入口之间；贮箱MON-A气口安装压力传感器PT1和手阀MV1，液端安装自锁阀LV1，贮箱MON-B气口安装压力传感器PT3和手阀MV3，液端安装自锁阀LV3，手阀MV5安装在自锁阀LV1和LV3的下游；贮箱MMH-A气口安装压力传感器PT2和手阀MV2，液端安装自锁阀LV2，贮箱MMH-B气口安装压力传感器PT4和手阀MV4，液端安装自锁阀LV4，手阀MV6安装在自锁阀LV2和LV4的下游；球阀BV1、BV4分别安装在贮箱MON-A、MON-B的上游，球阀BV3、BV2分别安装在贮箱MMH-A、MMH-B的上游；常闭电爆阀PV1安装在球阀BV5和BV1、BV3之间，常闭电爆阀PV2安装在球阀BV5和BV2、BV4之间；各组件间通过气路管路和液路管路相连接。

6.一种长寿命气路的节流元件调试及验证方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、进行不同孔径节流元件在气瓶压力分别为工作压力和调试压力下的气路的补气增压过程仿真；设节流元件在工作压力和调试压力下仿真得到的最高压力分别为P₁和P₂，节流元件至贮箱间所有部件允许的最高工作压力为P₀；若P₀和P₁的压力差大于裕度压力δP₁，则初步选取该节流元件为待测节流元件FO1；

步骤二、将待测节流元件FO1安装在气瓶TH1和球阀BV5之间，将常闭电爆阀PV1、PV2用直管代替，并进行试验系统检漏；

步骤三、调整贮箱MON-A、MON-B、MMH-A和MMH-B的压力至增压前的数值，该数值取在轨阶段贮箱增压前可能存在的最大压力；

步骤四、利用气源给气瓶TH1充压至调试压力；关闭MV7，打开球阀BV1、BV4，通过控制球阀BV5对氧化剂贮箱MON-A和MON-B进行补气；当氧化剂贮箱气口压力不再上升时，补气结束，关闭BV1、BV4、BV5；

步骤五、再次利用气源给气瓶TH1充压至调试压力；关闭MV7，打开球阀BV2、BV3，通过控制球阀BV5对燃烧剂贮箱MMH-A和MMH-B进行补气；当燃烧剂贮箱气口压力不再上升时，补气结束，关闭BV2、BV3、BV5；

步骤六、在当前节流元件下，监测并记录补气过程中的贮箱气口压传PT1、PT2、PT3、PT4随时间变化的最高压力，并将最高压力记为P_t；若压传的最高压力P_t与仿真压力P₂的压差绝对值小于误差允许值δP₂，则采用当前节流孔；若最高压力P_t与仿真压力P₂的压差绝对值超过误差允许值δP₂，则换用其他孔径的节流元件，重复步骤二到六直至补气的最高压力符合仿真压力值；

步骤七、关闭球阀BV1、BV2、BV3、BV4、BV5，用常闭电爆阀PV1、PV2替换直管，然后对试验系统进行检漏；

步骤八、贮箱MON-A和MON-B均预先调整至待增压状态；利用气源给气瓶TH1充压至工作压力，依次打开贮箱气口上游的球阀BV1、BV4、BV5；

步骤九、起爆电爆阀PV1、PV2，对贮箱MON-A和MON-B进行补气，获取补气过程中的贮箱最高压力为P₃；若P₃不大于P₀，则节流元件的选取正确性得到验证。

7.根据权利要求6所述的一种长寿命气路的节流元件调试验证方法，其特征在于：所述步骤二中检漏的方法采用气泡检漏法，即在管路内充2MPa氦气，目视观察所有连接点，连接点3分钟无气泡出现为合格。

8.根据权利要求6所述的一种长寿命气路的节流元件调试验证方法，其特征在于：所述裕度压力δP₁的取值范围为：0MPa≤δP₁≤0.5MPa。

9.根据权利要求8所述的一种长寿命气路的节流元件调试验证方法，其特征在于：所述裕度压力δP₂的取值范围为：0≤δP₂<δP₁。

10.根据权利要求6所述的一种长寿命气路的节流元件调试验证方法，其特征在于：所述步骤三中的数值范围取1.2MPa～1.4MPa。