CN110542563A - 一种发动机地面试验pogo激发方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种发动机地面试验POGO激发方法，解决现有地面试验未能有效真实模拟火箭飞行时POGO振动产生的环境，导致在试验时无法通过对POGO激发后推力振动测试确定相关影响，并针对影响进行POGO控制及抑制方法的研究的问题。该POGO激发方法包括以下步骤：1)建立液氧煤油发动机POGO测试环境，按照一定梯度规律改变推进剂的供应压力，激发POGO激振；2)分别对推进剂不同供应压力下的POGO激振环境关键特性参数进行功率谱密度激振分析，若POGO激振环境关键特性参数共同出现某一个或多个峰值，则确定该峰值对应的频率点为易产生低频振动的频率点；POGO激振环境关键特性参数包括推力、氧入口压力和点火路压力。

Description

一种发动机地面试验POGO激发方法
技术领域
本发明涉及一种发动机地面试验POGO激发方法。
背景技术
POGO振动产生的物理过程是输送管路内推进剂的压力引起发动机推力脉动，导致箭体结构振动，进而加剧管路内压力波动，形成正反馈引起结构振动放大，从而使得推力脉动增大。地面试验下由于发动机工作状态与火箭飞行时发动机工作状态的差异、推进剂供应系统与发动机相距较远等原因，未能有效真实模拟火箭飞行时POGO振动产生的环境，目前采用激振器形式，以活塞为例，结构复杂，动态特性差，并且难以实现在低温介质下的激发(低温介质活塞密封困难，并且运动过程中易发生气化，影响激发效果)；因此，在试验时无法对POGO振动进行有效测试，即无法通过对POGO激发后推力振动测试确定相关影响，并针对影响进行POGO控制及抑制方法的研究。
发明内容
本发明的目的在于解决现有地面试验未能有效真实模拟火箭飞行时POGO振动产生的环境，导致在试验时无法通过对POGO激发后推力振动测试确定相关影响，并针对影响进行POGO控制及抑制方法的研究的不足之处，而提供了一种发动机地面试验POGO激发方法，可真实模拟飞行时POGO振动产生的环境，在地面进行POGO激发试验，为后续POGO研究建立试验测试基础。
为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：
一种发动机地面试验POGO激发方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)建立液氧煤油发动机POGO测试环境，按照一定梯度规律改变推进剂的供应压力，激发POGO激振；
2)分别对推进剂不同供应压力下的POGO激振环境关键特性参数进行功率谱密度激振分析，若POGO激振环境关键特性参数共同出现某一个或多个峰值，则确定该峰值对应的频率点为易产生低频振动的频率点；在发生POGO激振时，POGO激振环境关键特性参数会共同发生一个或多个异常峰；
所述POGO激振环境关键特性参数包括推力、氧入口压力和点火路压力。
进一步地，步骤1)中所述按照梯度规律改变推进剂的供应压力，具体是指：
a)使发动机以正常入口压力启动后，先缓慢降低到0.5～0.7倍正常入口压力值，保持一定时间，再恢复到正常入口压力；
b)使发动机以正常入口压力启动后，先缓慢升高到2.6～3倍正常入口压力值，保持一定时间，再恢复到正常入口压力；
c)使发动机以正常入口压力启动，并保持一定时间；
上述一定时间均依据需要测试的时间进行确定。
进一步地，步骤1)中所述按照梯度规律改变推进剂的供应压力，具体是指：
a)使发动机以正常入口压力启动后，先缓慢降低到0.6倍正常入口压力值，保持一定时间，再恢复到正常入口压力；
b)使发动机以正常入口压力启动后，先缓慢升高到2.86倍正常入口压力值，保持一定时间，再恢复到正常入口压力；
c)使发动机以正常入口压力启动，并保持一定时间。
进一步地，步骤1)中，所述POGO激振环境关键特性参数通过水试获取。
进一步地，步骤2)中，所述功率谱密度的获得方式是：设定100s的时间窗对POGO激振环境关键特性参数信号进行截取。
本发明的优点是：
按照一定梯度规律改变推进剂的供应压力，可在地面实现真实模拟火箭飞行时POGO产生的环境，激发POGO激振发生，同时对水试获得的POGO激振环境关键特性参数进行分析对比，确定易产生低频振动的频率点；本发明激发方法中可采用现有的压力精确控制及梯度调节系统，简单快捷，测试结果有据可依，精确可靠；可为后续火箭POGO研究建立试验测试基础。
附图说明
图1为低入口压力下POGO激振环境关键特性参数变化图；
图2为低入口压力下POGO激振环境关键特性参数的功率谱密度对比图；
图3为低入口压力下设定100s时间窗对信号进行截取，功率谱密度与压力的对比图一；
图4为低入口压力下设定100s时间窗对信号进行截取，功率谱密度与压力的对比图二；
图5为低入口压力POGO状态下振幅图；
图6为高入口压力下POGO激振环境关键特性参数变化图；
图7为高入口压力下POGO激振环境关键特性参数的功率谱密度对比图；
图8为高入口压力下设定100s时间窗对信号进行截取，功率谱密度与压力的对比图；
图9为正常入口压力下POGO激振环境关键特性参数变化图；
图10为正常入口压力下POGO激振环境关键特性参数的功率谱密度对比图；
图11为正常入口压力POGO状态下振幅图；
图12为低入口压力及其上升梯度控制；
图13为高入口压力及其上升梯度控制。
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的详细描述：
一种发动机地面试验POGO激发方法，包括以下步骤：
1)使用水试进行发动机氧泵POGO特性参数辨识，获取POGO激振环境关键特性参数，该POGO激振环境关键特性参数包括推力、氧入口压力以及点火路压力；
2)建立液氧煤油发动机POGO测试环境，按照一定梯度规律改变推进剂的供应压力，激发POGO激振；
上述按照一定梯度规律改变推进剂的供应压力，具体是指：分别采用低入口压力、高入口压力以及正常入口压力对发动机进行测试；
2a)低入口压力
使发动机以正常入口压力0.42MPa启动后，先缓慢降低到0.25±0.03MPa，保持20s，再恢复到0.42MPa，具体控制模式参见图12；
2b)高入口压力
使发动机以正常入口压力0.42MPa启动后，先缓慢升高到1.2±0.03MPa，保持20s，再恢复到0.42MPa，具体控制模式参见图13；
2c)正常入口压力
使发动机以正常入口压力0.42MPa启动，并保持20s。
3)分别对上述低入口压力、高入口压力以及正常入口压力三种情况下的推力(Fe)、氧入口压力(Pio)和点火路压力(Pigc)进行功率谱密度激振分析，若三个参数共同出现某一个或多个峰值，则确定该峰值对应的频率点为易产生低频振动的频率点；
3a)低入口压力下POGO激振分析
低入口压力下POGO激振环境关键特性参数变化图如图1所示，对比推力(Fe)、氧入口压力(Pio)和点火路压力(Pigc)之间的功率谱密度，参见图2，由图可知，在4.15Hz和5Hz处为三个参数共同出现峰值的频率；
设定100s时间窗对POGO激振环境关键特性参数信号进行截取，4.15Hz处功率谱密度与压力对比图参见图3，5Hz处功率谱密度与压力对比图参见图4；
由图5所示，出现POGO激振现象最大振幅为2.6g。该峰值是在发动机入口压力进入低入口压力区后产生的，因此，4.15Hz和5Hz是发动机在低入口压力时容易产生低频振动的频率点。
3b)高入口压力下POGO激振分析
高入口压力下POGO激振环境关键特性参数变化图如图6所示，对比三个参数之间的功率谱密度，参见图7，由图可知，在11Hz处为三个参数共同出现峰值的频率；
设定100s时间窗对信号进行截取，11Hz处功率谱密度与压力对比图参见图8；
3c)正常入口压力下POGO激振分析
正常入口压力下POGO激振环境关键特性参数变化图如图9所示，对比三个参数之间的功率谱密度，参见图10，正常入口压力POGO状态下振幅图，参见图11，由图可知，正常入口压力下并未出现POGO激振现象，且最大振幅为0.8g。
通过本发明发动机地面试验POGO激发方法，对比验证了地面激振系统可以实现不低于11Hz的推力试验环境，振幅大于0.25g。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种发动机地面试验POGO激发方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立液氧煤油发动机POGO测试环境，按照梯度规律改变推进剂的供应压力，激发POGO激振；
2)分别对推进剂不同供应压力下的POGO激振环境关键特性参数进行功率谱密度激振分析，若POGO激振环境关键特性参数共同出现某一个或多个峰值，则确定该峰值对应的频率点为易产生低频振动的频率点；
所述POGO激振环境关键特性参数包括推力、氧入口压力和点火路压力。
2.根据权利要求1所述的发动机地面试验POGO激发方法，其特征在于，步骤1)中所述按照梯度规律改变推进剂的供应压力，具体是指：
a)使发动机以正常入口压力启动后，先缓慢降低到0.5～0.7倍正常入口压力值，保持一定时间，再恢复到正常入口压力；
b)使发动机以正常入口压力启动后，先缓慢升高到2.6～3倍正常入口压力值，保持一定时间，再恢复到正常入口压力；
c)使发动机以正常入口压力启动，并保持一定时间；
所述一定时间均依据需要测试的时间进行确定。
3.根据权利要求2所述的发动机地面试验POGO激发方法，其特征在于，步骤1)中所述按照梯度规律改变推进剂的供应压力，具体是指：
a)使发动机以正常入口压力启动后，先缓慢降低到0.6倍正常入口压力值，保持一定时间，再恢复到正常入口压力；
b)使发动机以正常入口压力启动后，先缓慢升高到2.86倍正常入口压力值，保持一定时间，再恢复到正常入口压力；
c)使发动机以正常入口压力启动，并保持一定时间。
4.根据权利要求1或2或3所述的发动机地面试验POGO激发方法，其特征在于:
步骤1)中，所述POGO激振环境关键特性参数通过水试获取。
5.根据权利要求4所述的发动机地面试验POGO激发方法，其特征在于，步骤2)中，所述功率谱密度的获得方式是：设定100s的时间窗对POGO激振环境关键特性参数信号进行截取。
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