CN110895204B - 航天发动机试车台流量测量现场校准系统及其清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种航天发动机试车台流量测量现场校准系统及其清洗方法，该流量测量现场校准系统包括燃料供应单元、涡轮流量计组件、发动机试车台、测控单元、现场校准组件、清洗系统，其中，现场校准组件包括依次相连接的减压单元、消气单元、被动式体积管，减压单元用于降低管线中的燃料压力，消气单元用于去除管线内的燃料中的气体，被动式体积管用于采集管线内流量的体积以用于校准涡轮流量计组件，清洗系统用于在更换管线内的燃料介质时对现场校准组件进行清洗。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中由于振动、压力、气泡等发动机试车台现场环境因素影响造成的发动机流量现场测量准确度低以及多种介质的更换污染校准系统的技术问题。

Description

航天发动机试车台流量测量现场校准系统及其清洗方法

技术领域

本发明涉及流量计量技术领域，尤其涉及一种航天发动机试车台流量测量现场校准系统及其清洗方法。

背景技术

航天发动机试车台的地面模拟试验是航天发动机研制系统工程重要组成部分，其中，流量是评估航天发动机功能、性能及稳定性的重要参数之一。流量的准确测量对确定航天发动机性能至关重要，其测量值直接用于计算航天发动机推力、混合比和特征速度等主要性能参数，也是确定弹载推进剂量、弹体贮箱容积等参数的主要依据，决定着航天发动机的工作时间，导弹的飞行速度、射程等重要指标，因此近年来航天发动机试车台对流量的测量精度越来越高，由原来普通试车台1.0％的流量精度需求提升到0.5％。

现有的航天发动机试车台都含有大量流量计，这些流量计主要为涡轮流量计，所使用的介质包含煤油、滑油等，这些介质在燃料泵和高压气体作用下进入管道，因此介质中含有一定量气泡等杂质，在试验时还会有管道振动存在，对航天发动机试车台流量测量系统精度产生影响。目前，航天发动机试车台流量测量系统的校准工作通常是在实验室开展，即将流量计拆卸送到实验室进行，但在实际使用过程中，按校准后的流量计测得的流量与实际流量有所差别，一台精度等级为0.5级的流量计，实际现场使用时引起的误差可增至±5％至±10％，造成了航天发动机试车台流量测量误差过大，对航天发动机的推进剂量、贮箱容积的设计产生影响，进而对航天发动机的工作时间，导弹的飞行速度、射程产生重要影响。同时，现场试验条件复杂，流量计难于拆卸运输，尚未开展流量测量系统现场校准工作。

此外，现有的航天发动机试车台使用的燃油介质包括煤油、滑油、酒精等，在流量测量现场校准过程中，多种介质的更换会污染流量测量现场校准系统，从而影响校准试验的精度。

发明内容

本发明提供了一种航天发动机试车台流量测量现场校准系统及其清洗方法，能够解决现有技术中由于振动、压力、气泡等航天发动机试车台现场环境因素影响造成的航天发动机流量测量准确度低以及多种介质的更换造成流量测量现场校准系统污染的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种航天发动机试车台流量测量现场校准系统，航天发动机试车台流量测量现场校准系统包括：燃料供应单元，燃料供应单元用于为航天发动机试车台流量测量现场校准系统提供燃料；涡轮流量计组件，涡轮流量计组件与燃料供应单元管线连接，涡轮流量计组件用于测量管线内燃料的流量；发动机试车台和测控单元，发动机试车台和测控单元相连接，测控单元用于对发动机试车台和涡轮流量计组件的流量数据进行采集；现场校准组件，现场校准组件与燃料供应单元相连接，现场校准组件包括依次相连接的减压单元、消气单元和被动式体积管，减压单元用于降低管线中的燃料压力，消气单元用于去除管线内的燃料中的气体，被动式体积管用于采集管线内燃料的体积以用于校准涡轮流量计组件；清洗系统，清洗系统用于在更换管线内的燃料介质时对现场校准组件进行清洗，当现场校准系统处于清洗状态时，清洗系统与现场校准组件中的被动式体积管两端连接；其中，涡轮流量计组件可选择地与发动机试车台或现场校准组件中的减压单元连接，当现场校准系统处于正常试车工作状态时，涡轮流量计组件与发动机试车台连接；当现场校准系统处于第一测量状态时，涡轮流量计组件与现场校准组件中的减压单元连接，现场校准组件用于对涡轮流量计组件进行校准。

进一步地，清洗系统包括：清洗组件，清洗组件用于存储清洗现场校准组件所用液体；第一阀门组件和第二阀门组件，第一阀门组件、第二阀门组件用于开启或关闭清洗组件，第一阀门组件、第二阀门组件分别设置在清洗组件的两端，当现场校准系统处于清洗状态时，清洗组件通过第一阀门组件与被动式体积管的一端连接以及通过第二阀门组件与被动式体积管的另一端连接；动力单元，动力单元设置在第一阀门组件和被动式体积管的一端之间，动力单元用于将清洗组件内的液体输入被动式体积管。

进一步地，清洗组件包括清洗剂箱，第一阀门组件包括第一阀门，第二阀门组件包括第二阀门，第一阀门、清洗剂箱、第二阀门依次串联设置，清洗剂箱用于储存清洗剂，第一阀门、第二阀门用于控制清洗剂箱的开闭。

进一步地，清洗组件还包括水箱，第一阀门组件还包括第三阀门，第二阀门组件还包括第四阀门，第三阀门、水箱、第四阀门依次串联设置，水箱与清洗剂箱并联设置，水箱用于储存清洗用水，第三阀门、第四阀门用于控制水箱的开闭。

进一步地，清洗组件还包括介质箱，第一阀门组件还包括第五阀门，第二阀门组件还包括第六阀门，第五阀门、介质箱、第六阀门依次串联设置，介质箱分别与水箱以及清洗剂箱并联设置，介质箱用于储存更换后的燃料介质，第五阀门、第六阀门用于控制介质箱的开闭。

进一步地，被动式体积管采用不锈钢材料。

进一步地，发动机试车台流量测量现场校准系统还包括控制单元，控制单元用于控制第一阀门组件、动力单元和第二阀门组件的开闭。

进一步地，现场校准组件还包括：质量流量计和电动开关阀，质量流量计用于测量现场校准组件管线内燃料的质量流量，电动开关阀用于控制现场校准组件管线内燃料的开闭，质量流量计分别与电动开关阀和被动式体积管连接，当现场校准系统处于第一测量状态时，电动开关阀与消气单元连接，当现场校准系统处于清洗状态时，电动开关阀与清洗系统中的动力单元连接；电动调节阀，电动调节阀与被动式体积管相连接，当现场校准系统处于第一测量状态时，电动调节阀与燃料供应单元连接，当现场校准系统处于清洗状态时，电动调节阀与清洗系统连接，电动调节阀用于控制管线内燃料流量的大小。

进一步地，减压单元、消气单元、电动开关阀、质量流量计、被动式体积管和电动调节阀依次通过金属波纹软管相连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种航天发动机试车台流量测量现场校准系统清洗方法，航天发动机试车台流量测量现场校准系统为如上所述的航天发动机试车台流量测量现场校准系统，方法包括：步骤一、断开电动开关阀与消气单元之间的连接，将电动开关阀与清洗系统中的动力单元连接，将电动调节阀与清洗系统中的第二阀门组件连接；步骤二、控制单元控制开启第一阀门、第二阀门以及动力单元；步骤三、动力单元将清洗剂箱内的清洗液依次输入电动开关阀、质量流量计、被动式体积管和电动调节阀以对电动开关阀、质量流量计、被动式体积管和电动调节阀进行清洗；步骤四、控制单元关闭第一阀门和第二阀门并打开第三阀门和第四阀门；步骤五、动力单元将水箱内的水依次输入电动开关阀、质量流量计、被动式体积管和电动调节阀以对电动开关阀、质量流量计、被动式体积管和电动调节阀用水进行清洗；步骤六、控制单元关闭第三阀门和第四阀门并打开第五阀门和第六阀门；步骤七、动力单元将介质箱内的更换后的燃料介质依次输入电动开关阀、质量流量计、被动式体积管和电动调节阀以对电动开关阀、质量流量计、被动式体积管和电动调节阀进行清洗；步骤八、控制单元关闭第五阀门、第六阀门以及动力单元。

应用本发明的技术方案，通过现场校准组件实现了对涡轮流量计组件的现场校准，通过在现场校准系统中设置减压单元有效地降低或消除压力对航天发动机试车台流量测量的影响，通过在现场校准系统中设置消气单元有效地降低或消除气泡对航天发动机试车台流量测量的影响，通过设置被动式体积管提高了航天发动机试车台流量测量的准确度，被动式体积管对流量测量精度更高，且在存在压力、振动的环境条件下测试时性能更稳定，有效地降低了压力、振动对航天发动机试车台流量测量的影响。该种方式能够有效降低或消除压力、气泡、振动等环境因素对航天发动机试车台流量测量的影响，实现对航天发动机试车台流量测量系统中的涡轮流量计及测控单元进行校准，有效地提高了航天发动机试车台流量测量的精度。再者，通过设置清洗系统，从而在更换管线内燃料介质时对现场校准系统进行清洗，该种方式能够防止多种介质污染校准装置，进一步提高现场校准系统的准确度。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的航天发动机试车台流量测量现场校准系统的系统框图；

图2示出了根据本发明的具体实施例提供的航天发动机试车台流量测量现场校准系统中清洗系统的结构示意图；

图3示出了根据本发明的具体实施例提供的航天发动机试车台流量测量现场校准系统两种测量状态的示意图；

图4示出了根据本发明的具体实施例提供的测控单元校准示意图；

图5示出了根据本发明的具体实施例提供的涡轮流量计组件的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、燃料供应单元；20、涡轮流量计组件；30、发动机试车台；40、测控单元；50、现场校准组件；51、减压单元；52、消气单元；53、被动式体积管；54、质量流量计；55、电动开关阀；56、电动调节阀；60、清洗系统；61、清洗组件；611、清洗剂箱；612、水箱；613、介质箱；62、第一阀门组件；621、第一阀门；622、第三阀门；623、第五阀门；63、第二阀门组件；631、第二阀门；632、第四阀门；633、第六阀门；64、动力单元；70、控制单元。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1至图5所示，根据本发明的具体实施例提供了一种航天发动机试车台流量测量现场校准系统，该航天发动机试车台流量测量现场校准系统包括燃料供应单元10、涡轮流量计组件20、发动机试车台30、测控单元40、现场校准组件50、清洗系统60。燃料供应单元10用于为航天发动机试车台流量测量现场校准系统提供燃料，涡轮流量计组件20与燃料供应单元10管线连接，涡轮流量计组件20用于测量管线内燃料的流量，发动机试车台30和测控单元40相连接，测控单元40用于对发动机试车台30和涡轮流量计组件20的流量数据进行采集，现场校准组件50包括依次相连接的减压单元51、消气单元52和被动式体积管53，减压单元51用于降低管线中的燃料压力，消气单元52用于去除管线内的燃料中的气体，被动式体积管53用于采集管线内燃料的体积以用于校准涡轮流量计组件20。清洗系统60用于在更换管线内的燃料介质时对现场校准组件50进行清洗，当现场校准系统处于清洗状态时，清洗系统60与现场校准组件50中的被动式体积管53两端连接；其中，涡轮流量计组件20可选择地与发动机试车台30或现场校准组件50中的减压单元51连接，当现场校准系统处于正常试车工作状态时，涡轮流量计组件20与发动机试车台30连接；当现场校准系统处于第一测量状态时，涡轮流量计组件20与现场校准组件50中的减压单元51连接，现场校准组件50用于对涡轮流量计组件20进行校准。

应用此种配置方式，通过现场校准组件50实现了对涡轮流量计组件20的现场校准，通过在现场校准系统中设置减压单元51有效地降低或消除压力对航天发动机试车台流量测量的影响，通过在现场校准系统中设置消气单元52有效地降低或消除气泡对航天发动机试车台流量测量的影响，通过设置被动式体积管53提高了航天发动机试车台流量测量的准确度，被动式体积管53对流量测量精度更高，且在存在压力、振动的环境条件下测量性能更稳定，有效地降低了压力、振动对航天发动机试车台流量测量的影响。本发明所提供的现场校准系统与现有技术相比，能够有效降低或消除压力、气泡、振动等环境因素对航天发动机试车台流量测量的影响，实现对航天发动机试车台流量测量系统中的涡轮流量计进行校准，有效地提高了航天发动机试车台流量测量的精度。再者，通过设置清洗系统60，从而在介质更换时对现场校准系统进行清洗，该种方式能够防止多种介质污染校准系统，进一步提高现场校准系统的准确度。

作为本发明的一个具体实施例，减压单元51为减压阀，消气单元52为消气过滤器，当燃料流过减压阀，减压阀将管线中的高压燃油的压力减小到3MP以下，压力的降低有利于气泡的析出，也有利于保护被动式体积管53。消气过滤器将介质中的气体分离，从而达到降低或者消除气泡对航天发动机试车台流量测量影响的目的。

进一步地，如图2所示，为了实现清洗系统60的开闭并将清洗系统60内液体输入现场校准组件50的被动式体积管53内，可将清洗系统60配置为清洗组件61、第一阀门组件62、第二阀门组件63和动力单元64，其中，第一阀门组件62、第二阀门组件63用于开启或关闭清洗组件61，第一阀门组件62、第二阀门组件63分别设置在清洗组件61的两端，当现场校准系统处于清洗状态时，清洗组件61通过第一阀门组件62与被动式体积管53的一端连接以及通过第二阀门组件63与被动式体积管53的另一端连接，动力单元64设置在第一阀门组件62和被动式体积管53的一端之间，动力单元64用于将清洗组件61内的液体输入被动式体积管53。

应用此种配置方式，在对现场校准组件50进行清洗时，打开第一阀门组件62和第二阀门组件63，动力单元64将清洗系统60内的液体送入被动式体积管53，被动式体积管53往复运动进行清洗。

进一步地，如图2所示，为了实现对现场校准组件50内残留的油类介质的清洗以提高测量精度，清洗组件61包括清洗剂箱611，第一阀门组件62包括第一阀门621，第二阀门组件63包括第二阀门631，其中，第一阀门621、清洗剂箱611、第二阀门631依次串联设置，清洗剂箱611用于储存清洗剂，第一阀门621、第二阀门631用于控制清洗剂箱611的开闭。

应用此种配置方式，在对现场校准组件50进行清洗时，打开第一阀门621和第二阀门631，动力单元64将清洗剂箱611内的清洗剂送入现场校准组件50，被动式体积管53往复运动进行清洗。作为本发明的一个具体实施例，动力单元64为循环泵，该循环泵的功率为1kw，扬程为30m，清洗剂箱611为容积为1m³的清洗剂箱体，清洗剂箱611内的清洗剂为水基金属清洗剂，该清洗剂具有去污除油效果好，对清洗工件无损伤，无腐蚀，无闪点，不燃不爆，无毒无害等优点，能够有效地对金属上的油类介质进行清洗。

进一步地，如图2所示，为了实现对现场校准组件50内残留的清洗剂的清洗、判断清洗剂清洗的干净程度，以及实现对酒精等溶于水的燃料介质进行清洗，清洗组件61还包括水箱612，第一阀门组件62还包括第三阀门622，第二阀门组件63还包括第四阀门632，第三阀门622、水箱612、第四阀门632依次串联设置，水箱612与清洗剂箱611并联设置，水箱612用于储存清洗用水，第三阀门622、第四阀门632用于控制水箱612的开闭。

应用此种配置方式，在对现场校准组件50进行清洗时，打开第三阀门622和第四阀门632，动力单元64将水箱612内的清洗用水送入现场校准组件50，被动式体积管53往复运动进行清洗。作为本发明的一个具体实施例，水箱612为容积为1m³的水箱，对于更换介质前的燃料介质为酒精类的介质可直接采用水进行清洗，对于更换介质前的燃料介质为煤油等油类的介质可在清洗剂对现场校准组件50进行清洗后用水箱中的水进行再次冲洗，此种方式能够对现场校准组件50的冲洗更加彻底，避免了现场校准组件50内酒精等燃料介质及清洗剂的残留，同时可通过观察水箱中是否含有油膜来判断清洗剂对现场校准组件50的清洗是否符合要求。

进一步地，如图2所示，为了进一步提高更换燃料介质后现场校准系统测量的准确度，清洗组件61还包括介质箱613，第一阀门组件62还包括第五阀门623，第二阀门组件63还包括第六阀门633，第五阀门623、介质箱613、第六阀门633依次串联设置，介质箱613分别与水箱612以及清洗剂箱611并联设置，介质箱613用于储存更换后的燃料介质，第五阀门623、第六阀门633用于控制介质箱613的开闭。

应用此种配置方式，在对现场校准组件50进行清洗时，打开第五阀门623和第六阀门633，介质箱613内储存更换后的燃料介质，动力单元64将介质箱613内的燃料介质送入现场校准组件50中，被动式体积管53往复运动进行清洗。作为本发明的一个具体实施例，介质箱613为容积为1m³的介质箱，采用此种方式能够有效地避免不同于下一次试验所需燃料介质的液体残留在现场校准组件50内，进一步提高现场校准系统测量的精度。

进一步地，为了提高被动式体积管53的密封性，延长被动式体积管53的使用寿命，被动式体积管53采用不锈钢材料。作为本发明的一个具体实施例，被动式体积管53采用304不锈钢材料，由于油类介质、酒精、水基清洗剂等不会引起304不锈钢的性能变化，采用304不锈钢能有效地延长被动式体积管53的使用寿命。被动式体积管53包括活塞与缸体，活塞与缸体之间采用泛塞密封，泛塞与缸体之间的接触部分为丁腈橡胶，丁腈橡胶具有优异的耐油性和耐磨性，并且丁腈橡胶(NBR)在油类介质、酒精、水基清洗剂中均具有极佳的适用性，能够有效避免油类介质、酒精、水基清洗剂等介质对被动式体积管的腐蚀，进一步增大被动式体积管测量精度。

进一步地，为了实现清洗过程的自动化，发动机试车台流量测量现场校准系统还包括控制单元70，控制单元70用于控制第一阀门组件62、动力单元64和第二阀门组件63的开闭。应用此种配置方式，在对现场校准组件50进行清洗时，控制单元70能够根据清洗的不同阶段控制各个阀门以及动力单元64的开闭，该种方式能够有效地提高清洗系统60的工作效率，节约人力成本，实现清洗过程的自动化。

进一步地，如图1所示，为了实现对气泡影响的修正以及实现对航天发动机试车台现场管线中流量大小的调节，现场校准组件50还包括质量流量计54、电动开关阀55和电动调节阀56，质量流量计54用于测量现场校准组件50管线内燃料的质量流量，电动开关阀55用于控制现场校准组件50管线内燃料的开闭，质量流量计54分别与电动开关阀55和被动式体积管53连接，当现场校准系统处于测量状态时，电动开关阀55与消气单元52连接，当现场校准系统处于清洗状态时，电动开关阀55与清洗系统60中的动力单元64连接。电动调节阀56用于控制管线内燃料流量的大小，电动调节阀56与被动式体积管53相连接，当现场校准系统处于第一测量状态时，电动调节阀56与燃料供应单元10连接，当现场校准系统处于清洗状态时，电动调节阀56与清洗系统60连接。

应用此种配置方式，通过质量流量计54测量燃料的质量流量对现场校准系统被动式体积管53实测容积进行修正从而降低气泡的影响，通过电动开关阀55和电动调节阀56控制现场校准系统中流量的大小，为现场校准组件50提供背压，有助于被动式体积管53活塞的流畅运动，防止产生气穴现象，进一步降低了气泡对流量测量的影响，该种方式能够进一步修正气泡对管线内流量测量精度的影响，有效地提高现场校准组件50流量测量的准确度。再者，通过质量流量计54可在正式流量测量前对管线内的流量进行预估，以便于选取特定的质量流量校准点对涡轮流量计组件20进行校准。该种方式通过对管线内的燃料流量进行预估从而实现对涡轮流量计组件20在选定的流量校准点进行校准。

进一步地，如图1所示，为了进一步提高航天发动机试车台流量测量现场校准系统精度，现场校准组件50还包括数控系统，数控系统分别与被动式体积管53以及涡轮流量计组件20连接以采集被动式体积管53以及涡轮流量计组件20数据，现场校准组件50根据所采集的数据以对涡轮流量计组件20进行校准。

应用此种配置方式，通过数控系统控制发动机试车台流量测量现场校准系统的电动开关阀55和电动调节阀56，采用自动化方式对航天发动机试车台流量测量现场校准系统进行控制，该种方式在节省了人力提高效率的同时提高了测量的精度。再者，通过数控系统对被动式体积管53光电开关信号进行测量得到燃料流过被动式体积管53标准体积对应的时间，从而测得发动机试车台体积流量，将被动式体积管53测得的流量与涡轮流量计组件20所测得的流量进行对比实现对涡轮流量计组件20进行校准，该种方式操作简便且测量精度高。此外，数控系统能够对被动式体积管53内压力、温度进行测量，该种方式实现对发动机试车台流量测量现场校准系统的测量状态进行监测。为了进一步简化装置，可将数控系统和控制单元设置为同一控制系统。

进一步地，如图3所示，为了避免航天发动机试车台的流量采集处理系统的现场测试通道较长，环境因素影响对流量采集处理通道发生漂移、产生误差，现场校准系统还具有第二测量状态，当现场校准系统处于第二测量状态时，现场校准组件50和测控单元40相连接以对测控单元40进行校准。

应用此种配置方式，通过现场校准组件50测控单元40发送标准频率信号对测控单元40进行校准，从而解决了发动机试车台测控单元40由于无法拆卸而不能进行校准的问题，通过对涡轮流量计组件20的后端采集通道进行测试校准能够获得更高精度的流量测量结果。

进一步地，如图4所示，为了模拟涡轮流量计组件20输出的频率信号对测控单元40进行校准，数控系统还包括信号发送单元，信号发送单元与测控单元40连接，当现场校准系统处于第二测量状态时，信号发送单元向测控单元40发送测量信号以用于对测控单元40进行校准。

作为本发明的一个具体实施例，可采用函数发生器作为信号发送单元，测控单元40包含数据采集系统和计算机/二次仪表，对测控单元40进行校准的过程中，通过函数发生器产生标准频率信号来模拟涡轮流量计组件20输出的频率信号，标准准频率信号进入测控单元40的数据采集系统并通过计算机/二次表显示流量值。根据校准涡轮流量计组件20时选用校准点进行校准，得到频率与流量的关系，通过最小二乘法拟合得到各校准点的频率和流量之间的转换关系，将测控单元40测得的频率与流量关系与函数发生器发出的频率所对应的流量真实值进行对比可得到各测量通道误差。再者，采用分段校准补偿方式对涡轮流量计组件20后端处理系统进行补偿，根据需求划分校准段校准测控单元40的计算机/二次仪表系数，对流量计后端通道进行补偿校准，该种方式能够提高航天发动机试车台流量测量现场校准系统的准确性。

进一步地，为了降低压力、振动对试车台流量测量现场校准系统的影响，减压单元51、消气单元52、电动开关阀55、质量流量计54、被动式体积管53和电动调节阀56依次通过金属波纹软管相连接。应用此种配置方式，通过利用金属波纹软管的耐压性能能够降低压力对试车台流量现场校准系统的影响，通过在现场校准组件中任意两个相邻部件之间采用金属波纹软管的软连接能够防止现场振动环境对试车台流量测量准确度的影响。再者，金属波纹软管能够防止整条管线热胀冷缩变形对管线连接的影响，该种方式能够有效地降低压力、振动、温度对试车台流量测量精度的影响。

进一步地，如图4所示，为了使得航天发动机试车台流量测量现场校准系统能够适用于不同流量范围的校准，涡轮流量计组件20配置为多个涡轮流量计、多个开关阀和多个调节阀，多个涡轮流量计、多个开关阀和多个调节阀对应设置，多个涡轮流量计的流量范围不同。当现场校准系统处于正常工作状态时，涡轮流量计组件20通过金属波纹软管与发动机试车台30连接，当现场校准系统处于第一测量状态时，涡轮流量计通过金属波纹软管与现场校准组件50连接。

应用此种配置方式，通过设置多个不同型号的涡轮流量计、多个开关阀以及多个调节阀，使得航天发动机试车台流量测量现场校准系统适用于多个流量范围内的测量和校准。作为本发明的一个具体实施例，在工作压力在3MPa以下时，涡轮流量计组件20配置有四个不同流量测量范围的涡轮流量计，选用第一个涡轮流量计可以实现流量范围在0.95L/min至100L/min范围内的流量测量和校准，选用第二个涡轮流量计可以实现流量范围在100L/min至250L/min范围内的流量测量和校准，选用第三个涡轮流量计可以实现流量范围在250L/min至400L/min范围内的流量测量和校准，选用第四个涡轮流量计可以实现流量范围在400L/min至570L/min范围内的流量测量和校准，该种方式通过选用不同流量范围的涡轮流量计，可实现流量范围在0.95L/min至570L/min的流量测量和校准。

再者，金属波纹软管连接两端为螺纹连接，在不进行发动机试车台试验的情况下，可断开涡轮流量计组件20与发动机试车台30的波纹软管连接，将涡轮流量计组件20与现场校准组件50通过波纹软管连接，该种方式为现场校准组件50的接入提供方便，操作简便且效率高。

根据本发明的另一方面，如图2所示，提供了一种流量测量现场校准系统清洗方法，流量测量现场校准系统清洗方法使用如上的流量测量现场校准系统，该方法包括：步骤一、断开电动开关阀55与消气单元52之间的连接，将电动开关阀55与清洗系统60中的动力单元64连接，将电动调节阀56与清洗系统60中的第二阀门组件63连接；步骤二、控制单元70控制开启第一阀门621、第二阀门631以及动力单元64；步骤三、动力单元64将清洗剂箱611内的清洗液依次输入电动开关阀55、质量流量计54、被动式体积管53和电动调节阀56以对电动开关阀55、质量流量计54、被动式体积管53和电动调节阀56进行清洗；步骤四、控制单元70关闭第一阀门621和第二阀门631并打开第三阀门622和第四阀门632；步骤五、动力单元64将水箱612内的水依次输入电动开关阀55、质量流量计54、被动式体积管53和电动调节阀56以对电动开关阀55、质量流量计54、被动式体积管53和电动调节阀56用水进行清洗；步骤六、控制单元70关闭第三阀门622和第四阀门632并打开第五阀门623和第六阀门633；步骤七、动力单元64将介质箱613内的更换后的燃料介质依次输入电动开关阀55、质量流量计54、被动式体积管53和电动调节阀56以对电动开关阀55、质量流量计54、被动式体积管53和电动调节阀56进行清洗；步骤八、控制单元70关闭第五阀门623、第六阀门633以及动力单元64。

应用本发明的流量测量现场校准系统清洗方法，通过采用清洗剂对现场校准组件50中的电动开关阀55、质量流量计54、被动式体积管53进行冲洗，可以去除现场校准装置50中残留的油类介质。通过采用水对现场校准装置50中的电动开关阀55、质量流量计54、被动式体积管53进行冲洗，可以对残留的清洗剂进行清洗，再者，可以通过观察水箱中是否有油膜来判断采用清洗剂清洗现场校准系统的干净程度，通过采用更换后的燃料介质对现场校准装置50进行清洗，可以提高采用更换后的燃料介质进行试验时流量测量的准确度。该种方式能够防止更换燃料介质时污染校准装置，提高校准系统流量测量的准确度，为更换燃料介质后的校准试验做准备。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1至图5对本发明的航天发动机试车台流量测量现场校准系统及其清洗方法进行详细说明。

如图1至图5所示，流量测量现场校准系统包括燃料供应单元10、涡轮流量计组件20、发动机试车台30、测控单元40、现场校准组件50、清洗系统60、控制单元70，燃料动力站作为燃料供应单元10，工作时燃料动力站输送燃料至各管线，燃料为燃油，可采用控制柜为控制单元70，其中，涡轮流量计组件20包括多个涡轮流量计、多个开关阀、多个调节阀，通过设置多个涡轮流量计、多个开关阀、多个调节阀，涡轮流量计组件20可以实现对0.95L/min至570L/min范围内的流量测量，发动机试车台30与测控单元40相连接，测控单元40包括数据采集系统和计算机/二次仪表，其中数据采集系统用于对发动机试车台30和涡轮流量计组件20的流量数据进行采集，计算机/二次仪表用于显示测得的流量。

现场校准组件50包括减压单元51、消气单元52，减压单元51和消气单元52之间采用波纹金属软管连接，现场校准组件50还包括依次采用波纹金属软管连接的电动开关阀55、质量流量计54、被动式体积管53、电动调节阀56，被动式体积管53采用304不锈钢材料，被动式体积管53包括活塞和缸体，活塞和缸体之间采用泛塞密封，泛塞与缸体之间接触部分为丁腈橡胶。其中，电动开关阀55可选择地与消气单元52以及清洗系统60的一端连接，当现场校准系统处于第一测量状态时，电动开关阀55与消气单元52连接，当现场校准系统处于清洗状态时，电动开关阀55与清洗系统60中的动力单元64连接；电动调节阀56与被动式体积管53相连接，当现场校准系统处于第一测量状态时，电动调节阀56与燃料供应单元10连接，当现场校准系统处于清洗状态时，电动调节阀56与清洗系统60中的第二阀门组件63连接，电动调节阀56用于控制管线内燃料流量的大小。可采用减压阀作为减压单元51，采用消气过滤器作为消气单元52，减压阀可将管线中高压燃油的压力减小至3MPa以下，压力的降低有利于气泡的析出，同时也保护了被动式体积管53。消气过滤器用于将燃油中的气体分离出来，电动开关阀55用于控制现场校准组件50管线内燃油的开闭，质量流量计54用于测量现场校准组件50管线内燃料的质量流量以进一步修正气泡对试车台流量测量现场校准系统的影响并在校准测试前预估试车台流量。

涡轮流量计组件20可选择地与发动机试车台30或现场校准组件50中的减压单元51连接，当现场校准系统处于正常试车工作状态时，涡轮流量计组件20与发动机试车台30通过金属波纹软管连接。当现场校准系统处于第一测量状态时，涡轮流量计组件20与现场校准组件50中的减压单元51通过金属波纹软管连接，现场校准组件50用于对涡轮流量计组件20进行校准。现场校准系统还具有第二测量状态，当现场校准系统处于第二测量状态时，现场校准组件50和测控单元40相连接以对测控单元40进行校准。

如图1和图4所示，现场校准组件50还包括数控系统，其中，数控系统包括信号发送单元，可采用函数发生器作为信号发送单元，函数发生器产生标准频率信号来模拟涡轮流量计组件20输出的频率信号，标准准频率信号进入测控单元40的数据采集系统并通过计算机/二次表显示流量值。根据校准涡轮流量计组件20时选用校准点进行校准，得到频率与流量的关系，通过最小二乘法拟合得到各校准点的频率和流量之间的转换关系，将测控单元40测得的频率与流量关系与函数发生器发出的频率所对应的流量真实值进行对比可得到各测量通道误差。再者，采用分段校准补偿方式对涡轮流量计组件20后端处理系统进行补偿，根据需求划分校准段校准测控单元40的计算机/二次仪表系数，对流量计后端通道进行补偿校准，提高航天发动机试车台流量测量现场校准系统的准确性。

清洗系统60包括清洗组件61、第一阀门组件62、第二阀门组件63，动力单元64，可采用循环泵为动力单元64，该循环泵的功率为1kw，扬程为30m，清洗组件61用于存储清洗现场校准组件50所用液体，可采用水基金属清洗剂作为清洗液，第一阀门组件62、第二阀门组件63用于开启或关闭清洗组件61，第一阀门组件62、第二阀门组件63分别设置在清洗组件61的两端，当现场校准系统处于清洗状态时，清洗组件61通过第一阀门组件62与电动开关阀55连接以及通过第二阀门组件63与电动调节阀56连接，循环泵设置在第一阀门组件62和电动开关阀55之间，循环泵用于将清洗组件61内的液体输入数控系统被动式体积管53。其中，清洗组件61包括清洗剂箱611，清洗剂箱611的容积为1m³，第一阀门组件62包括第一阀门621，第二阀门组件63包括第二阀门631，第一阀门621、清洗剂箱611、第二阀门631依次串联设置，清洗剂箱611用于储存清洗剂，第一阀门621、第二阀门631用于控制清洗剂箱611的开闭。再者，清洗组件61还包括水箱612，水箱612的容积为1m³，第一阀门组件62还包括第三阀门622，第二阀门组件63还包括第四阀门632，第三阀门622、水箱612、第四阀门632依次串联设置，水箱612与清洗剂箱611并联设置，水箱612用于储存清洗用水，第三阀门622、第四阀门632用于控制水箱612的开闭。此外，清洗组件61还包括介质箱613，介质箱613的容积为1m³，第一阀门组件62还包括第五阀门623，第二阀门组件63还包括第六阀门633，第五阀门623、介质箱613、第六阀门633依次串联设置，介质箱613分别与水箱612以及清洗剂箱611并联设置，介质箱613用于储存更换后的燃料介质，第五阀门623、第六阀门633用于控制介质箱613的开闭。控制柜用于控制第一阀门组件62、循环泵和第二阀门组件63的开闭。

下面对使用本发明的流量测量现场校准系统清洗方法进行详细说明。第一，断开电动开关阀55与消气过滤器之间的连接，将电动开关阀55与清洗系统60中的循环泵连接，将电动调节阀56与清洗系统60中的第二阀门组件63连接；第二、控制柜控制开启第一阀门621、第二阀门631以及动力单元64；第三、动力单元64将清洗剂箱611内的水基金属清洗剂依次输入电动开关阀55、质量流量计54、被动式体积管53和电动调节阀56以对电动开关阀55、质量流量计54、被动式体积管53和电动调节阀56进行清洗；第四、控制柜关闭第一阀门621和第二阀门631并打开第三阀门622和第四阀门632；第五、动力单元64将水箱612内的水依次输入电动开关阀55、质量流量计54、被动式体积管53和电动调节阀56以对电动开关阀55、质量流量计54、被动式体积管53和电动调节阀56用水进行清洗；第六、控制柜关闭第三阀门622和第四阀门632并打开第五阀门623和第六阀门633；第七、动力单元64将介质箱613内的更换后的燃料介质依次输入电动开关阀55、质量流量计54、被动式体积管53和电动调节阀56以对电动开关阀55、质量流量计54、被动式体积管53和电动调节阀56进行清洗；第八、控制柜关闭第五阀门623、第六阀门633以及动力单元64。当更换前的燃料介质为酒精等溶于水的物质，可省略上述第二、第三步骤。

综上所述，本发明的现场校准系统和现场校准系统清洗方法相对于现有技术而言，有效降低或消除压力、气泡、振动等环境因素对航天发动机试车台流量测量的影响，实现对航天发动机试车台流量测量系统的现场校准，有效地提高了航天发动机试车台流量测量的精度。再者，通过设置清洗系统在介质更换时对现场校准系统进行清洗，该种方式能够解决多种介质的更换造成校准系统污染的问题，并且进一步提高现场校准系统的准确度。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种航天发动机试车台流量测量现场校准系统，其特征在于，所述发动机试车台流量测量现场校准系统包括：

燃料供应单元(10)，所述燃料供应单元(10)用于为航天发动机试车台流量测量现场校准系统提供燃料；

涡轮流量计组件(20)，所述涡轮流量计组件(20)与所述燃料供应单元(10)管线连接，所述涡轮流量计组件(20)用于测量管线内的流量；

发动机试车台(30)和测控单元(40)，所述发动机试车台(30)和所述测控单元(40)相连接，所述测控单元(40)用于对所述发动机试车台(30)和所述涡轮流量计组件(20)的流量数据进行采集；

现场校准组件(50)，所述现场校准组件(50)与所述燃料供应单元(10)相连接，所述现场校准组件(50)包括依次相连接的减压单元(51)、消气单元(52)和被动式体积管(53)，所述减压单元(51)用于降低管线中的燃料压力，所述消气单元(52)用于去除所述管线内的燃料中的气体，所述被动式体积管(53)用于采集管线内燃料的体积以用于校准所述涡轮流量计组件(20)；

清洗系统(60)，所述清洗系统(60)用于在更换管线内的燃料介质时对所述现场校准组件(50)进行清洗，当所述现场校准系统处于清洗状态时，所述清洗系统(60)与所述现场校准组件(50)中的所述被动式体积管(53)两端连接；

其中，所述涡轮流量计组件(20)可选择地与所述发动机试车台(30)或所述现场校准组件(50)中的所述减压单元(51)连接，当所述现场校准系统处于正常试车工作状态时，所述涡轮流量计组件(20)与所述发动机试车台(30)连接；当所述现场校准系统处于第一测量状态时，所述涡轮流量计组件(20)与所述现场校准组件(50)中的所述减压单元(51)连接，所述现场校准组件(50)用于对所述涡轮流量计组件(20)进行校准，现场校准系统还具有第二测量状态，当现场校准系统处于第二测量状态时，现场校准组件(50)和测控单元(40)相连接以对测控单元(40)进行校准。

2.根据权利要求1所述的发动机试车台流量测量现场校准系统，其特征在于，所述清洗系统(60)包括：

清洗组件(61)，所述清洗组件(61)用于存储清洗所述现场校准组件(50)所用液体；

第一阀门组件(62)和第二阀门组件(63)，所述第一阀门组件(62)、所述第二阀门组件(63)用于开启或关闭所述清洗组件(61)，所述第一阀门组件(62)、所述第二阀门组件(63)分别设置在所述清洗组件(61)的两端，当所述现场校准系统处于清洗状态时，所述清洗组件(61)通过所述第一阀门组件(62)与所述被动式体积管(53)的一端连接以及通过所述第二阀门组件(63)与所述被动式体积管(53)的另一端连接；

动力单元(64)，所述动力单元(64)设置在所述第一阀门组件(62)和所述被动式体积管(53)的一端之间，所述动力单元(64)用于将所述清洗组件(61)内的液体输入所述被动式体积管(53)。

3.根据权利要求2所述的发动机试车台流量测量现场校准系统，其特征在于，所述清洗组件(61)包括清洗剂箱(611)，所述第一阀门组件(62)包括第一阀门(621)，所述第二阀门组件(63)包括第二阀门(631)，所述第一阀门(621)、所述清洗剂箱(611)、所述第二阀门(631)依次串联设置，所述清洗剂箱(611)用于储存清洗剂，所述第一阀门(621)、所述第二阀门(631)用于控制所述清洗剂箱(611)的开闭。

4.根据权利要求3所述的发动机试车台流量测量现场校准系统，其特征在于，所述清洗组件(61)还包括水箱(612)，所述第一阀门组件(62)还包括第三阀门(622)，所述第二阀门组件(63)还包括第四阀门(632)，所述第三阀门(622)、所述水箱(612)、所述第四阀门(632)依次串联设置，所述水箱(612)与所述清洗剂箱(611)并联设置，所述水箱(612)用于储存清洗用水，所述第三阀门(622)、所述第四阀门(632)用于控制所述水箱(612)的开闭。

5.根据权利要求4所述的发动机试车台流量测量现场校准系统，其特征在于，所述清洗组件(61)还包括介质箱(613)，所述第一阀门组件(62)还包括第五阀门(623)，所述第二阀门组件(63)还包括第六阀门(633)，所述第五阀门(623)、所述介质箱(613)、所述第六阀门(633)依次串联设置，所述介质箱(613)分别与所述水箱(612)以及所述清洗剂箱(611)并联设置，所述介质箱(613)用于储存更换后的燃料介质，所述第五阀门(623)、所述第六阀门(633)用于控制所述介质箱(613)的开闭。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的发动机试车台流量测量现场校准系统，其特征在于，所述被动式体积管(53)采用不锈钢材料。

7.根据权利要求2所述的发动机试车台流量测量现场校准系统，其特征在于，所述发动机试车台流量测量现场校准系统还包括控制单元(70)，所述控制单元(70)用于控制所述第一阀门组件(62)、所述动力单元(64)和所述第二阀门组件(63)的开闭。

8.根据权利要求5所述的发动机试车台流量测量现场校准系统，其特征在于，所述现场校准组件(50)还包括：

质量流量计(54)和电动开关阀(55)，所述质量流量计(54)用于测量现场校准组件(50)管线内燃料的质量流量，所述电动开关阀(55)用于控制所述现场校准组件(50)管线内燃料的开闭，所述质量流量计(54)分别与所述电动开关阀(55)和所述被动式体积管(53)连接，当所述现场校准系统处于第一测量状态时，所述电动开关阀(55)与所述消气单元(52)连接，当所述现场校准系统处于清洗状态时，所述电动开关阀(55)与所述清洗系统(60)中的所述动力单元(64)连接；

电动调节阀(56)，所述电动调节阀(56)与所述被动式体积管(53)相连接，当所述现场校准系统处于第一测量状态时，所述电动调节阀(56)与所述燃料供应单元(10)连接，当所述现场校准系统处于清洗状态时，所述电动调节阀(56)与所述清洗系统(60)连接，所述电动调节阀(56)用于控制管线内燃料流量的大小。

9.根据权利要求8所述的发动机试车台流量测量现场校准系统，其特征在于，所述减压单元(51)、所述消气单元(52)、所述电动开关阀(55)、所述质量流量计(54)、所述被动式体积管(53)和所述电动调节阀(56)依次通过金属波纹软管相连接。

10.一种流量测量现场校准系统清洗方法，其特征在于，所述现场校准系统清洗方法使用如权利要求8所述的发动机试车台流量测量现场校准系统，所述方法包括：

步骤一、断开电动开关阀(55)与消气单元(52)之间的连接，将所述电动开关阀(55)与所述清洗系统(60)中的所述动力单元(64)连接，将所述电动调节阀(56)与所述清洗系统(60)中的所述第二阀门组件(63)连接；

步骤二、控制单元(70)控制开启第一阀门(621)、第二阀门(631)以及所述动力单元(64)；

步骤三、所述动力单元(64)将所述清洗剂箱(611)内的清洗液依次输入所述电动开关阀(55)、所述质量流量计(54)、所述被动式体积管(53)和所述电动调节阀(56)以对所述电动开关阀(55)、所述质量流量计(54)、所述被动式体积管(53)和所述电动调节阀(56)进行清洗；

步骤四、控制单元(70)关闭所述第一阀门(621)和所述第二阀门(631)并打开第三阀门(622)和第四阀门(632)；

步骤五、所述动力单元(64)将所述水箱(612)内的水依次输入所述电动开关阀(55)、所述质量流量计(54)、所述被动式体积管(53)和所述电动调节阀(56)以对所述电动开关阀(55)、所述质量流量计(54)、所述被动式体积管(53)和所述电动调节阀(56)用水进行清洗；

步骤六、控制单元(70)关闭所述第三阀门(622)和所述第四阀门(632)并打开第五阀门(623)和第六阀门(633)；

步骤七、所述动力单元(64)将所述介质箱(613)内的更换后的燃料介质依次输入所述电动开关阀(55)、所述质量流量计(54)、所述被动式体积管(53)和所述电动调节阀(56)以对所述电动开关阀(55)、所述质量流量计(54)、所述被动式体积管(53)和所述电动调节阀(56)进行清洗；

步骤八、控制单元(70)关闭所述第五阀门(623)、所述第六阀门(633)以及动力单元(64)。

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