CN110514260A - 适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量设备及方法，其特征在于，包括：控制单元、设备控制台2、液位测量单元4、可调接水管5以及接水罐6；所述控制单元与设备控制台2相连；所述控制单元与液位测量单元4相连；所述液位测量单元4与接水罐6紧固连接；所述液位测量单元4与可调接水管5相连；液位测量单元4的数量为一个或者多个。本发明具有设备结构简单、场地适应性强、通道拓展便捷、人为干扰因素少、测量精度高等优点，可显著提高液体火箭发动机喷注器边区冷却流量测量的工作效率。

Description

适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量设备及方法
技术领域
本发明涉及自动化测量设备领域，具体地，涉及一种适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量设备及方法，尤其是火箭发动机喷注器边区流量自动化测量设备。
背景技术
液体火箭发动机工作时，燃烧室内产生高温高压燃气，燃气温度可达3000K以上，远高于现有材料体系的许用温度。为保证发动机长时间可靠工作，必须采取有效的冷却措施，确保发动机工作温度在原材料许用温度范围内。液膜冷却是降低火箭发动机工作时燃烧室温度水平的一种常用方法，其工作原理为在喷注器周边布置边区孔引入冷却剂，冷却剂射流在燃烧室内壁面形成一层冷却液膜，以防止暴露在高温燃气中的推力室壁面过热。冷却液膜流量的大小及其均匀性都直接影响到发动机工作的可靠性，需要对其进行严格控制。因此，在发动机生产测试过程中，通常需要对喷注器边区冷却流量及均匀性进行检测。目前火箭发动机喷注器液流试验时，主要采用人工收集法，靠人工收集液体介质，并采取人工计时和称重，需多人手持收集器皿，进行人工收集各边区冷却孔的流量。以某火箭发动机喷注器为例，共有48只边区冷却孔，进行边区冷却流量测试时，依靠人工手持器皿收集，受测试条件限制至少需要1人控制、4人同时持杯进行6次收集才能完成48只边区孔的一遍流量测量，受个体反应、技能等因素影响，该方法的测量精度及工作效率普遍较低。
专利文献102628701B公开了一种喷水装置宽向流量均匀性在线测量装置，其特征在于，所述在线测量装置包括：集水箱本体3，沿着所述集水箱本体3的长度方向设有开口，所述开口的长度与箱体长度相等，所述开口宽度为200～300mm，在所述开口上设置可打开和关闭的集水箱盖4，在所述集水箱本体3底部设有出水管，在所述出水管上设有阀门6；底座5，在所述底座5上固定有卡槽2，所述卡槽2设有多个圆孔，所述集水箱本体通过螺栓固定在所述圆孔处。该专利并不能很好的适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量，而加入人工手动测量，受个体反应、技能等因素影响，测量精度及工作效率普遍较低。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量设备及方法。
根据本发明提供的一种适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量设备，包括：控制单元、设备控制台2、液位测量单元4、可调接水管5以及接水罐6；所述控制单元与设备控制台2相连；所述控制单元与液位测量单元4相连；所述液位测量单元4与接水罐6紧固连接；所述液位测量单元4与可调接水管5相连；液位测量单元(4)的数量为一个或者多个。
优选地，液位测量单元4包括：液位传感器41、感应浮子42、测量管43、第一电磁阀441、进水口45、第一排水口461、安装支座47；所述液位传感器41位于液位测量单元4的一端，液位传感器41与安装支座47相连；所述感应浮子42设置于测量管43内，所述测量管43与支座47相连；所述第一电磁阀441与测量管43相连，第一电磁阀441与第一排水口461相连；所述第一排水口461位于液位测量单元4的另一端，第一排水口461设置于测量管43的正下方；所述安装支座47与接水罐6紧固连接，安装支座47与接水罐6的边缘相接触；所述进水口45与可调接水管5相连，进水口45能够移动接水；所述进水口45、第一排水口461与测量管43相连。
优选地，液位测量单元4还包括：第二排水口462、第二电磁阀442以及第三电磁阀443；所述第二排水口462、第二电磁阀442以及第三电磁阀443与测量管43相连，所述第二排水口462、第二电磁阀442以及第三电磁阀443设置于液位测量单元4中靠近进水口45的位置。
优选地，液位测量单元4还包括：电磁阀组、第二排水口462；所述第二排水口462、电磁阀组与测量管43相连，所述第二排水口462、电磁阀组设置于液位测量单元4中靠近进水口45的位置；所述排水口46包括：第一排水口461和第二排水口462；所述电磁阀44包括：第一电磁阀441和第二电磁阀442。
优选地，控制单元包括：控制上位机1、控制器模块；所述控制上位机1与控制器模块相连；所述控制器模块包括：可编程控制器、第一控制器扩展端、第二控制器扩展端；所述第一控制器扩展端、第二控制器扩展端与可编程控制器相连；第一控制器扩展端与液位传感器相连，第二控制器扩展端与电磁阀相连。
优选地，控制单元还包括：采集模块：使用数字总线形式采集数据；所述可编程控制器为可编程序逻辑控制器。所述控制单元与液位测量单元4采用数据电缆3相连接。
优选地，所述液位测量单元4的数量为8个；所述液位测量单元4沿接水罐6边缘周向均匀分布。
根据本发明提供的一种适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量方法，包括：供水步骤：根据流量参数和压力参数，提供压力特定质量的水至喷注器试件；调整接水管步骤：调整可调接水管5的位置，与喷注器边区射流一一对应，开启液位测量单元4下端的排水电磁阀44；启动测量步骤：利用上位机1选择需要工作的液位测量单元4；待喷注器流量参数或压力参数满足设定条件后启动测量；液位实时测量步骤：关闭液位测量单元4下方的电磁阀44，并开始计时，输出液位高度实时信息、计时信息至控制上位机1；换算步骤：根据输出液位高度实时信息、计时信息，获取测量换算信息。
优选地，还包括：获取统计信息步骤：根据测量换算信息，获取统计信息。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明可以实现同步测量喷注器多路边区冷却流量，满足喷注器边区流量测量的工程需求。
2、本发明具有设备结构简单、场地适应性强、通道拓展便捷、人为干扰因素少、测量精度高等优点，可显著提高液体火箭发动机喷注器边区冷却流量测量的工作效率。
3、本发明拓展性强，不仅可以用于液体火箭发动机喷注器边区冷却流量测量，而且可以用于其他工业领域内的多路液体流量测量。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明所提供适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量设备的示意图。
图2为本发明实施例中液位测量单元第一种实施方案示意图。
图3为本发明实施例中液位测量单元第二种实施方案示意图。
图4为本发明实施例中液位测量单元第三种实施方案示意图。
图5为本发明实施例中的电气控制系统的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1、图2、图3、图4、图5所示，根据本发明提供的一种适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量设备，包括：控制单元、设备控制台2、液位测量单元4、可调接水管5以及接水罐6；所述控制单元与设备控制台2相连；所述控制单元与液位测量单元4相连；所述液位测量单元4与接水罐6紧固连接；所述液位测量单元4与可调接水管5相连，液位测量单元4的数量为一个或者多个。具体地，在一个实施例中，所述液位测量单元采用高精度液位测量单元。
如图2所示，液位测量单元4包括：液位传感器41、感应浮子42、测量管43、第一电磁阀441、进水口45、第一排水口461、安装支座47；所述液位传感器41位于液位测量单元4的一端，液位传感器41与安装支座47相连；所述感应浮子42设置于测量管43内，所述测量管43与支座47相连；所述第一电磁阀441与测量管43相连，第一电磁阀441与第一排水口461相连；所述第一排水口461位于液位测量单元4的另一端，第一排水口461设置于测量管43的正下方；所述安装支座47与接水罐6紧固连接，安装支座47与接水罐6的边缘相接触；所述进水口45与可调接水管5相连，进水口45能够移动接水；所述进水口45、第一排水口461与测量管43相连。具体地，在一个实施例中，液位测量单元4只有一个排水口46，位于测量管43的正下方，通过一个电磁阀44控制测量管43中的液体是否排放。
如图3、图4所示，液位测量单元4还包括：第二排水口462、第二电磁阀442以及第三电磁阀443；所述第二排水口462、第二电磁阀442以及第三电磁阀443与测量管43相连，所述第二排水口462、第二电磁阀442以及第三电磁阀443设置于液位测量单元4中靠近进水口45的位置。优选地，液位测量单元4还包括：电磁阀组、第二排水口462；所述第二排水口462、电磁阀组与测量管43相连，所述第二排水口462、电磁阀组设置于液位测量单元4中靠近进水口45的位置；所述排水口46包括：第一排水口461和第二排水口462；所述电磁阀44包括：第一电磁阀441和第二电磁阀442。具体地，在一个实施例中，第二排水口46、第二电磁阀442以及第三电磁阀443均位于进水口45附近，可实现液流稳定流动后再进入测量管43。在一个变化例中，将进水口45附近的两个电磁阀集成为一个电磁阀组，利于高精度液位测量单元4的结构布局紧凑。
如图5所示，控制单元包括：控制上位机1、控制器模块；所述控制上位机1与控制器模块相连；所述控制器模块包括：可编程控制器、第一控制器扩展端、第二控制器扩展端；所述第一控制器扩展端、第二控制器扩展端与可编程控制器相连；第一控制器扩展端与液位传感器相连，第二控制器扩展端与电磁阀相连。
优选地，控制单元还包括：采集模块：使用数字总线形式采集数据；所述可编程控制器为可编程序逻辑控制器。所述控制单元与液位测量单元4采用数据电缆3相连接。
设备采用电气控制系统，系统由控制上位机1(触摸屏控制器)、可编程控制器(PLC)、PLC输入输出扩展端、PLC数据连接扩展端、220VAC转24VDC电源、高精度液位传感器、电磁阀等组成，采用数字总线形式采集数据，减少单路各自控制采集转换数据单元。
优选地，所述液位测量单元4的数量为8个；所述液位测量单元4沿接水罐6边缘周向均匀分布。
本领域技术人员可以将本发明提供的量适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量设备的实施例，理解为本发明提供的适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量方法的一个实施例。即，所述适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量方法可以通过执行所述适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量设备实现。
根据本发明提供的一种适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量方法，包括：供水步骤：根据流量参数和压力参数，提供压力特定质量的水至喷注器试件；调整接水管步骤：调整可调接水管5的位置，与喷注器边区射流一一对应，开启液位测量单元4下端的排水电磁阀44；启动测量步骤：利用上位机1选择需要工作的液位测量单元4；待喷注器流量参数或压力参数满足设定条件后启动测量；液位实时测量步骤：关闭液位测量单元4下方的电磁阀44，并开始计时，输出液位高度实时信息、计时信息至控制上位机1；换算步骤：根据输出液位高度实时信息、计时信息，获取测量换算信息。
优选地，还包括：获取统计信息步骤：根据测量换算信息，获取统计信息。
具体地，在一个实施例中，火箭发动机喷注器边区流量自动化测量设备详细测试流程如下：
1)设备控制台2按流量和压力要求，为喷注器试件提供压力恒定的洁净水，调整可调接水管5的位置，与喷注器边区射流一一对应，此时高精度液位测量单元4下端排水电磁阀44开启；
2)通过控制上位机1选择需要工作的高精度液位测量单元4，待喷注器流量或压力参数满足技术要求后即可启动测量。
3)测量启动后，设备自动关闭高精度液位测量单元4下端排水电磁阀44，并开始计时，测量管内液位开始上升，液位高度数据被实时传输到控制上位机1处理。
4)测量结束后，控制上位机1停止接收新的液位数据，同时对各路高精度液位测量单元4数据进行换算。
5)换算得出喷注器边区流量百分比及喷注器各边区孔流量均匀性数据，并以图表、数字形式进行输出、记录。
本发明可以实现同步测量喷注器多路边区冷却流量，满足喷注器边区流量测量的工程需求。本发明具有设备结构简单、场地适应性强、通道拓展便捷、人为干扰因素少、测量精度高等优点，可显著提高液体火箭发动机喷注器边区冷却流量测量的工作效率。本发明拓展性强，不仅可以用于液体火箭发动机喷注器边区冷却流量测量，而且可以用于其他工业领域内的多路液体流量测量。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、单元、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、单元、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、单元、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、单元、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、单元、单元视为既可以是实现方法的软件单元又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量设备，其特征在于，包括：控制单元、设备控制台(2)、液位测量单元(4)、可调接水管(5)以及接水罐(6)；
所述控制单元与设备控制台(2)相连；
所述控制单元与液位测量单元(4)相连；
所述液位测量单元(4)与接水罐(6)紧固连接；
所述液位测量单元(4)与可调接水管(5)相连；
液位测量单元(4)的数量为一个或者多个。
2.根据权利要求1所述的适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量设备，其特征在于，液位测量单元(4)包括：液位传感器(41)、感应浮子(42)、测量管(43)、第一电磁阀(441)、进水口(45)、第一排水口(461)、安装支座(47)；
所述液位传感器(41)位于液位测量单元(4)的一端，液位传感器(41)与安装支座(47)相连；
所述感应浮子(42)设置于测量管(43)内，所述测量管(43)与支座(47)相连；
所述第一电磁阀(441)与测量管(43)相连，第一电磁阀(441)与第一排水口(461)相连；
所述第一排水口(461)位于液位测量单元(4)的另一端，第一排水口(461)设置于测量管(43)的正下方；
所述安装支座(47)与接水罐(6)紧固连接，安装支座(47)与接水罐(6)的边缘相接触；
所述进水口(45)与可调接水管(5)相连，进水口(45)能够移动接水；
所述进水口(45)、第一排水口(461)与测量管(43)相连。
3.根据权利要求2所述的适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量设备，其特征在于，液位测量单元(4)还包括：第二排水口(462)、第二电磁阀(442)以及第三电磁阀(443)；
所述第二排水口(462)、第二电磁阀(442)以及第三电磁阀(443)与测量管(43)相连，所述第二排水口(462)、第二电磁阀(442)以及第三电磁阀(443)设置于液位测量单元(4)中靠近进水口(45)的位置；
所述排水口(46)包括：第一排水口(461)和第二排水口(462)；
所述电磁阀(44)包括：第一电磁阀(441)和第二电磁阀(442)。
4.根据权利要求2所述的适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量设备，其特征在于，液位测量单元(4)还包括：电磁阀组、第二排水口(462)；
所述第二排水口(462)、电磁阀组与测量管(43)相连，所述第二排水口(462)、电磁阀组设置于液位测量单元(4)中靠近进水口(45)的位置。
5.根据权利要求2所述的适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量设备，其特征在于，控制单元包括：控制上位机(1)、控制器模块；
所述控制上位机(1)与控制器模块相连；
所述控制器模块包括：可编程控制器、第一控制器扩展端、第二控制器扩展端；
所述第一控制器扩展端、第二控制器扩展端与可编程控制器相连；
第一控制器扩展端与液位传感器相连，第二控制器扩展端与电磁阀相连。
6.根据权利要求5所述的适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量设备，其特征在于，控制单元还包括：
采集模块：使用数字总线形式采集数据；
所述可编程控制器为可编程序逻辑控制器；
所述控制单元与液位测量单元(4)采用数据电缆(3)相连接。
7.根据权利要求5所述的适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量设备，其特征在于，
所述液位测量单元(4)的数量为8个；
所述液位测量单元(4)沿接水罐(6)边缘周向均匀分布。
8.一种适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量方法，其特征在于，包括：
供水步骤：根据流量参数和压力参数，提供压力特定质量的水至喷注器试件；
调整接水管步骤：调整可调接水管(5)的位置，与喷注器边区射流一一对应，开启液位测量单元(4)下端的排水电磁阀(44)；
启动测量步骤：利用上位机(1)选择需要工作的液位测量单元(4)；
待喷注器流量参数或压力参数满足设定条件后启动测量；
液位实时测量步骤：关闭液位测量单元(4)下方的电磁阀(44)，并开始计时，输出液位高度实时信息、计时信息至控制上位机(1)；
换算步骤：根据输出液位高度实时信息、计时信息，获取测量换算信息。
9.根据权利要求8所述的适用于火箭发动机喷注器边区流量的测量方法，其特征在于，还包括：
获取统计信息步骤：根据测量换算信息，获取统计信息。
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