CN110307105B - 一种测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种火箭发动机的性能测试装置，具体涉及一种测试装置；解决了现有火箭发动机推力室性能测试装置无法做带反压的液流性能试验的技术问题。一种测试装置，其特征在于：包括防顶组件、喉部支撑组件、底部支撑组件和台架；防顶组件将被测发动机或发动机推力室固连在台架内；喉部支撑组件支撑在发动机或发动机推力室的喉部及扩张段内；喉部支撑组件的底部设置底部支撑组件；底部支撑组件固连在台架的底面上；喉部支撑组件包括橡胶头套、橡胶保护套和芯体；芯体包括圆柱状头部和圆台状本体；圆柱状头部上套装橡胶头套；圆台状本体上套装橡胶保护套。

Description

一种测试装置
技术领域
本发明涉及一种火箭发动机的性能测试装置，具体涉及一种测试装置，用于在定推力火箭发动机组装前测试发动机的推力室性能，或者在定推力火箭发动机组装后测试发动机整机性能。
背景技术
发动机在研制过程中需要进行多项液试，以得到其性能参数并验证产品设计是否满足技术要求。其中，发动机推力室液试需进行压降匹配调试和稳定性试验。
参照图1，发动机推力室1包括由上至下串接的喷注器101和身部102。喷注器101下部设有连接法兰105。
身部102包括身部圆柱段103、收敛段106(喉部以上部位)、喉部107(身部直径最小处)和扩张段108(喉部以下部位)。身部102的内表面涂层为极薄的耐高温抗氧化层，该氧化层不允许被划伤，喉部107是发动机工作时温度最高处，也是发动机推力室1的关键部位。由于身部其余部位太薄易变形，而喉部壁厚最厚，因此喉部107是发动机推力室试验时出口形成反压腔收口的最佳部位。
现有的火箭发动机推力室性能测试装置只是简单的将发动机推力室1的各路出、入口、压力测点与试验系统连接即可，无法做带反压的液流性能试验。
发明内容
为了解决现有火箭发动机推力室性能测试装置无法做带反压的液流性能试验的技术问题，本发明提供了一种测试装置，用于在发动机组装前测试发动机的推力室性能，或者在发动机组装后测试发动机整机性能。
本发明的技术解决方案是：
一种测试装置，用于在定推力火箭发动机组装前测试发动机的推力室性能，或者在定推力火箭发动机组装后测试发动机整机性能，其特征在于：
包括防顶组件、喉部支撑组件、底部支撑组件和台架；
防顶组件将被测发动机或发动机推力室固连在台架内；喉部支撑组件支撑在发动机或发动机推力室的喉部及扩张段内；喉部支撑组件的底部设置底部支撑组件；底部支撑组件固连在台架的底面上；
所述喉部支撑组件包括橡胶头套、橡胶保护套和芯体；所述芯体包括圆柱状头部和圆台状本体；所述圆柱状头部上套装橡胶头套；所述圆台状本体上套装橡胶保护套；橡胶保护套的外壁与所述扩张段的内壁相接触；橡胶头套、橡胶保护套和喉部之间设置密封件；所述喉部支撑组件的中心沿轴向设置贯通橡胶头套和芯体的通孔；
所述底部支撑组件包括支撑管和分别设置在支撑管两端的顶盖和底座；所述顶盖和底座的中心均沿轴向设置通孔；所述顶盖固连在所述芯体的底部；所述底座固连在所述台架的底面上；支撑管的内部依次套装出水管和引压管；所述出水管的上端与顶盖固连，出水管的下端穿过底座后伸出台架的底部；所述引压管的上端穿过所述顶盖和所述喉部支撑组件后伸入发动机推力室内。
进一步地，所述防顶组件包括托板和对称设置在托板左右两端的两个压梁；
所述托板为前后对称的两半式；托板的中心设置用于穿过身部圆柱段的第三通孔；第三通孔的外侧沿周向均布多个用于固连连接法兰的第二通孔；所述托板的左右两端分别设置用于连接压梁的至少两个第一通孔；
所述压梁的一端连接在所述托板上，另一端连接在所述台架的上部。
所述压梁通过紧固件连接在台架上，并通过设置在压梁下部的锁位件锁紧。
进一步地，所述台架包括上部框架、下部框架和支撑在上部框架和下部框架之间的四个立柱；所述压梁的另一端通过紧固件连接在台架的上部框架上。
进一步地，所述台架的四个侧面均设有透明有机玻璃板。
进一步地，所述台架还包括设置在所述下部框架底部的四个万向轮；所述万向轮位于所述下部框架的四个顶角上。
进一步地，所述底部支撑组件还包括焊接在支撑管和底座之间的至少两个加强筋。
进一步地，所述底部支撑组件还包括焊接在引压管的下端口部的测压接管嘴和焊接在出水管下端口部的接管嘴；所述接管嘴用于连接流量调节阀。
进一步地，所述芯体的材质为不锈钢；所述圆柱状头部的外圆设有外螺纹；所述橡胶头套的内孔设有与所述外螺纹相适配的内螺纹。
本发明相比现有技术的有益效果是：
1、本发明包括防顶组件、喉部支撑组件、底部支撑组件和台架；被测发动机或发动机推力室的喉部及扩张段内支撑喉部支撑组件，喉部支撑组件的底部设置底部支撑组件，底部支撑组件固连在台架的底面上，被测发动机推力室通过防顶组件固连在台架内，确保产品带反压液试时产品不向上移动；喉部支撑组件包括芯体和套装在芯体外部的橡胶头套和橡胶保护套，橡胶头套、橡胶保护套和喉部之间设置密封件，保证喉部与喉部支撑组件之间密封且不损伤产品喉部密封面；底部支撑组件包括支撑管和分别设置在支撑管两端的顶盖和底座；顶盖固连在芯体的底部，底座固连在台架的底面上，支撑管内依次套装出水管和引压管，出水管的上端与顶盖固连，出水管的下端穿过底座后伸出台架的底部，引压管的上端穿过顶盖和喉部支撑组件后伸入发动机推力室内，保证发动机推力室反压液流时从喉部流出的测试水只能从排水管流出，试验时流量、压力稳定。
2、本发明中的防顶组件包括托板和对称设置在托板左右两端的两个压梁，托板为前后对称的两半式，方便拆装。
3、本发明中的压梁通过紧固件连接在台架上，并通过设置在压梁下部的锁位件锁紧在台架上，调整紧固件的拧入深度可调整防顶组件的高度进而调整发动机推力室的安装高度，高度调节更方便。
4、本发明中的台架的四个侧面均设有透明有机玻璃板，防止试验时水喷溅，同时方便观察试验状况。
5、本发明中的下部框架底部设置四个万向轮；万向轮位于下部框架的四个顶角上，方便移动被测发动机推力室使被测发动机推力室各压力测点与测量设备、进出管嘴与各试验管路容易连接，同时便于试验时固定试验台架。
6、本发明中的支撑管和底座之间焊接四个加强筋，加强了支撑管和底座之间的焊接强度并且对底部支撑组件有支撑稳固作用。
7、本发明中的引压管的上端伸出喉部支撑组件上端，下端从出水管下端引出后焊接测压接管嘴，实现被测发动机推力室喉部反压的精确测量。出水管将通过产品喉部的水排出，同时末端焊接管嘴可连接阀门实现试验时对喉部反压和流量的调节。
8、本发明还可用于发动机的节流圈修配试验、静态试验和动态试验，安装方式与发动机推力室相同。
附图说明
图1是发动机推力室的结构示意图；
图2是本发明一个实施例的结构示意图；
图3是图2中I处的局部放大图；
图4是该实施例中喉部支撑组件的结构示意图；
图5是该实施例中底部支撑组件的结构示意图；
图6是该实施例中托板的结构示意图；
图7是该实施例中压梁的结构示意图；
图8是该实施例中台架的结构示意图；
图9是该实施例中上部框架的结构示意图；
图10是该实施例中下部框架的结构示意图；
附图标记为：
1-发动机推力室，101-喷注器，102-身部，103-身部圆柱段，105-连接法兰，106-收敛段，107-喉部，108-扩张段，2-防顶组件，201-托板，202-压梁，203-第一通孔，204-第二通孔，205-第一螺纹孔，206-第一腰形孔，207-第三通孔，3-喉部支撑组件，301-橡胶头套，302-橡胶保护套，303-芯体，304-第二螺纹孔，4-底部支撑组件，401-引压管，402-顶盖，403-出水管，404-支撑管，405-加强筋，406-底座，407-第四通孔，408-测压接管嘴，409-接管嘴，5-台架，501-上部横梁，502-立柱，503-下部横梁，504-万向轮，505-纵撑，506-上部纵梁，507-下部纵梁，508-第五通孔，509-透明有机玻璃板，510-第二腰形孔，513-薄插条，521-上部框架，522-下部框架，6-密封件，7-紧固件，8-锁位件。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。
参照图2，一种测试装置，包括防顶组件2、喉部支撑组件3、底部支撑组件4和台架5。
被测发动机推力室1通过防顶组件2固连在台架5内。发动机推力室1的喉部107及扩张段108内支撑喉部支撑组件3，喉部支撑组件3的底部设置底部支撑组件4，底部支撑组件4固连在台架5的底面上。
参照图3和图4，喉部支撑组件3包括橡胶头套301、橡胶保护套302和芯体303。考虑发动机推力室1的重量和试验时的压力，芯体303的材质为不锈钢。芯体303包括圆柱状头部和圆台状本体，圆台状本体还包括圆柱状尾部。圆柱状头部上套装橡胶头套301；圆柱状头部的外圆设有外螺纹；橡胶头套301的内孔设有与外螺纹相适配的内螺纹。圆台状本体上套装橡胶保护套302。橡胶保护套302的外壁与扩张段108的内壁相接触。橡胶头套301、橡胶保护套302和喉部107之间设置密封件6；保证喉部与喉部支撑组件3之间密封且不损伤产品喉部密封面，实现模拟发动机工作时出口形成反压情况。喉部支撑组件3的中心沿轴向设置贯通橡胶头套301和芯体303的通孔。芯体303的底部设置沿芯体303的轴线周向均布的第二螺纹孔304。圆台状本体的外形尺寸依发动机推力室喉部及喉部以下身部120mm之间的外形尺寸设计。
参照图5，底部支撑组件4包括支撑管404和分别设置在支撑管404两端的顶盖402和底座406。顶盖402和底座406的中心均沿轴向设置通孔。顶盖402通过螺栓固连在芯体303的底部，底座406上设有四个第四通孔407，底座406通过螺栓固连在台架5的底面上。支撑管404的内部依次套装出水管403和引压管401。出水管403的上端与顶盖402固连，出水管403的下端穿过底座406后伸出台架5的底部，同时末端焊接接管嘴409，用于接阀门，实现试验时对喉部反压和流量的调节。引压管401的上端穿过顶盖402和喉部支撑组件3后伸入发动机推力室1内，其下端伸出出水管403和支撑管404的侧壁后，接测压接管嘴408实现发动机推力室1喉部反压的精确测量。为了加强支撑管和底座之间的焊接强度并且对底部支撑组件进行支撑稳固，在支撑管404和底座406之间焊接四个加强筋405。
参照图1、图6和图7，防顶组件2包括托板201和对称设置在托板201左右两端的两个压梁202。
托板201为前后对称的两半式，托板201的中心设置用于穿过身部圆柱段103的第三通孔207，方便拆装。第三通孔207的外侧沿周向均布12个用于固连连接法兰105的第二通孔204；托板201的左右两端分别设置用于连接压梁202的四个第一通孔203。压梁202远离托板201的一端设有第一腰形孔206，靠近托板201的一端设有与第一通孔203的直径相同且位置相对应的四个第一螺纹孔205。
本实施例中的紧固件7包括双头螺栓和两个螺母，双头螺栓依次穿过其中一个螺母、其中一个压梁202、锁位件8后，通过另一个螺母固定在台架5上，通过调整双头螺栓的拧入深度可调整防顶组件2的安装高度进而调整发动机推力室1的安装高度，并可通过设置在压梁202下部的锁位件8将其锁紧在台架5上。
参照图8和图10，台架5包括上部框架521、下部框架522和支撑在上部框架521和下部框架522之间的四个立柱502。台架5的四个侧面均设有透明有机玻璃板509，防止试验时水喷溅，同时方便观察试验状况。透明有机玻璃板509插在立柱502外侧点焊的带底面的薄插条513内。下部框架522的底部设置四个万向轮504，万向轮504位于下部框架522的四个顶角上。方便移动发动机推力室1使各压力测点与测量设备、进出管嘴与各试验管路容易连接，同时便于试验时固定试验台架。
参照图9，上部框架521包括两个上部横梁501和两个上部纵梁506；两个上部纵梁506的中部均设有用于穿过双头螺栓的第二腰形孔510。
参照图10，下部框架522包括两个下部横梁503、两个下部纵梁507和平行设置在两个下部纵梁507之间的两个纵撑505。两个纵撑505上分别设有两个第五通孔508。四个第五通孔508与四个第四通孔407相对应，用于将底部支撑组件4连接在下部框架522上。
以上仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种测试装置，用于在定推力火箭发动机组装前测试定推力发动机的推力室性能，或者在定推力火箭发动机组装后测试发动机整机性能，其特征在于：
包括防顶组件(2)、喉部支撑组件(3)、底部支撑组件(4)和台架(5)；
防顶组件(2)将被测发动机推力室(1)固连在台架(5)内；喉部支撑组件(3)支撑在发动机推力室(1)的喉部(107)及扩张段(108)内；喉部支撑组件(3)的底部设置底部支撑组件(4)；底部支撑组件(4)固连在台架(5)的底面上；
所述喉部支撑组件(3)包括橡胶头套(301)、橡胶保护套(302)和芯体(303)；所述芯体(303)包括圆柱状头部和圆台状本体；所述圆柱状头部上套装橡胶头套(301)；所述圆台状本体上套装橡胶保护套(302)；橡胶保护套(302)的外壁与所述扩张段(108)的内壁相接触；橡胶头套(301)、橡胶保护套(302)和喉部(107)之间设置密封件(6)；所述喉部支撑组件(3)的中心沿轴向设置贯通橡胶头套(301)和芯体(303)的通孔；
所述底部支撑组件(4)包括支撑管(404)和分别设置在支撑管(404)两端的顶盖(402)和底座(406)；所述顶盖(402)和底座(406)的中心均沿轴向设置通孔；所述顶盖(402)固连在所述芯体(303)的底部；所述底座(406)固连在所述台架(5)的底面上；支撑管(404)的内部依次套装出水管(403)和引压管(401)；所述出水管(403)的上端与顶盖(402)固连，出水管(403)的下端穿过底座(406)后伸出台架(5)的底部；所述引压管(401)的上端穿过所述顶盖(402)和所述喉部支撑组件(3)后伸入发动机推力室(1)内。
2.根据权利要求1所述的一种测试装置，其特征在于：
所述防顶组件(2)包括托板(201)和对称设置在托板(201)左右两端的两个压梁(202)；
所述托板(201)为前后对称的两半式；托板(201)的中心设置用于穿过发动机推力室的身部圆柱段(103)的第三通孔(207)；第三通孔(207)的外侧沿周向均布多个用于固连发动机推力室的喷注器下部的连接法兰(105)的第二通孔(204)；所述托板(201)的左右两端分别设置用于连接压梁(202)的至少两个第一通孔(203)；
所述压梁(202)的一端连接在所述托板(201)上，另一端连接在所述台架(5)的上部。
3.根据权利要求2所述的一种测试装置，其特征在于：
所述压梁(202)通过紧固件(7)连接在台架(5)上，并通过设置在压梁(202)下部的锁位件(8)锁紧。
4.根据权利要求3所述的一种测试装置，其特征在于：
所述台架(5)包括上部框架(521)、下部框架(522)和支撑在上部框架(521)和下部框架(522)之间的四个立柱(502)；所述压梁(202)的另一端通过紧固件(7)连接在台架(5)的上部框架(521)上。
5.根据权利要求4所述的一种测试装置，其特征在于：
所述台架(5)的四个侧面均设有透明有机玻璃板(509)。
6.根据权利要求5所述的一种测试装置，其特征在于：
所述台架(5)还包括设置在所述下部框架(522)底部的四个万向轮(504)；所述万向轮(504)位于所述下部框架(522)的四个顶角上。
7.根据权利要求6所述的一种测试装置，其特征在于：
所述底部支撑组件(4)还包括焊接在支撑管(404)和底座(406)之间的至少两个加强筋(405)。
8.根据权利要求7所述的一种测试装置，其特征在于：
所述底部支撑组件(4)还包括焊接在引压管(401)的下端口部的测压接管嘴(408)和焊接在出水管(403)下端口部的接管嘴(409)；所述接管嘴(409)用于连接流量调节阀。
9.根据权利要求8所述的一种测试装置，其特征在于：
所述芯体(303)的材质为不锈钢；所述圆柱状头部的外圆设有外螺纹；所述橡胶头套(301)的内孔设有与所述外螺纹相适配的内螺纹。
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