CN112697439A - 一种电动泵循环火箭发动机整机液流试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

为了解决现有技术中的无法进行电动泵循环火箭发动机整机试验的问题，本公开提供了一种电动泵循环火箭发动机整机液流试验系统及试验方法，系统包括：第一贮箱、第二贮箱、氧泵、燃泵、氧电机、燃电机、电机驱动器和电动泵发动机；电机驱动器与氧电机以及燃电机相连，第一贮箱、氧泵和电动泵发动机依次通过管路相连形成氧路通道；第二贮箱、燃泵和电动泵发动机依次通过管路相连形成燃路通道；氧路通道内设有第一流量计和第一压力传感器；燃路通道内设有第二流量计和第二压力传感器。本申请还公开了相应的方法，可以获取发动机整机在不同工况下的充填响应特性，实现整机试验。

Description

一种电动泵循环火箭发动机整机液流试验系统及方法

技术领域

本公开涉及火箭发动机液流试验领域，尤其涉及一种电动泵循环火箭发动机整机液流试验系统及方法。

背景技术

目前，国内在役液体火箭发动机均采用燃气涡轮泵装置用于推进剂供应系统，高温燃气进入涡轮泵装置，驱动涡轮转动，涡轮带动泵高速旋转，将推进剂增压后送入燃烧装置。火箭发动机整机点火热试是一项高成本、高风险的试验，因此发动机在开展整机热试之前需要进行一系列的冷态试验，以获取发动机整机热试所需的充填响应特性数据，提高发动机整机热试的可靠性。因采用燃气驱动涡轮泵的循环方式，国内现役液体火箭发动机无法开展整机液流试验，只能根据组件单独进行液流试验，获取组件单独进行液流试验的充填响应特性后，与其他试验数据综合确定整机充填响应特性。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种电动泵循环火箭发动机整机液流试验系统及试验方法，便于获取发动机整机在不同工况下的充填响应特性，为发动机整机热试点火时序判定提供依据，有效提高发动机整机热试的可靠性。

本公开的第一方面，一种电动泵循环火箭发动机整机液流试验系统，包括：第一贮箱、第二贮箱、氧泵、燃泵、氧电机、燃电机、电机驱动器和电动泵发动机；

所述电机驱动器分别与所述氧电机和所述燃电机相连；

所述氧电机与所述氧泵相连；

所述燃电机与所述燃泵相连；

所述第一贮箱、所述氧泵和所述电动泵发动机依次通过管路相连，以形成氧路通道；

所述第二贮箱、所述燃泵和所述电动泵发动机依次通过管路相连，以形成燃路通道；

所述氧路通道内设有用于采集氧路通道内试验介质流量的第一流量计以及用于采集氧路通道内试验测点压力的第一压力传感器；

所述燃路通道内设有用于采集燃路通道内试验介质流量的第二流量计以及用于采集燃路通道内试验测点压力的第二压力传感器。

可选的，所述系统包括第一高压气瓶和第二高压气瓶；所述第一高压气瓶与所述第一贮箱通过管路相连，所述第二高压气瓶与所述第二贮箱通过管路相连。

可选的，所述第一高压气瓶与所述第一贮箱之间的管路上以及所述第二高压气瓶与所述第二贮箱之间的管路上均设有减压阀。

可选的，所述系统包括用于给所述氧电机供电的氧电机电池和用于给所述燃电机供电的所述燃电机电池，所述氧电机电池以及所述燃电机电池与所述电机驱控器相连。

可选的，所述第一流量计设置在所述第一贮箱与所述氧泵之间的管路内，所述第二流量计设置在所述第二贮箱与所述燃泵之间的管路内。

可选的，所述第一压力传感器设置在所述氧泵和所述电动泵发动机之间的管路内，所述第二压力传感器设置在所述燃泵和所述电动泵发动机之间的管路内。

可选的，所述系统包括第三压力传感器和第四压力传感器，所述第三压力传感器设置在所述第一贮箱与所述氧泵之间的管路内，所述第四压力传感器设置在所述第二贮箱与所述燃泵之间的管路内。

可选的，所述第一高压气瓶与所述第一贮箱之间的管路上和所述第二高压气瓶与所述第二贮箱之间的管路上均设有第五压力传感器，所述第一高压气瓶和第二高压气瓶内设有第六压力传感器。

可选的，所述第一贮箱和第二贮箱内设有第七压力传感器。

本公开的第二方面，采用本公开第一方面任一所述系统的电动泵循环火箭发动机整机液流试验方法，包括：

根据待试验工况，确定转速设置和时序设置；

根据所述转速设置和时序设置控制目标电机，所述目标电机包括所述氧电机和/或所述燃电机；

获取目标流量数据和目标压力数据，所述目标流量数据为所述第一流量计和/或所述第二流量计采集的流量数据，所述目标压力数据为所述第一压力传感器和/或所述第二压力传感器采集的压力数据；

根据所述目标流量数据和所述目标压力数据，调整所述目标电机的转速；

确定电动泵发动机处于待试验工况时所要求的目标流量数据、目标压力数据和目标电机转速。

实施本发明所具有的有益效果：本申请的技术方案中，由电机驱动器控制输入电动泵发动机的两路试验介质的压力和流量，进而实现对电动泵发动机的不同工况调节，并通过第一流量计和第二流量计采集试验介质的流量数据，通过第一压力传感器和第二压力传感器采集试验测点的压力数据，得到相应的试验数据，以便获取发动机整机在不同工况下的充填响应特性，以此分析判定发动机整机充填动态响应特性，为发动机整机热试点火时序判定提供依据，有效提高发动机整机热试的可靠性。

本发明提供的系统可获取电动泵发动机整机动态充填响应特性，既可以获取氧/燃两路单独的动态充填特性，也可以获取氧/燃两路联合的动态充填特性，可为整机热试点火时序的判定提供有效依据。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本申请公开的一种电动泵循环火箭发动机整机液流试验系统的结构示意图；

图2是本申请公开的一种电动泵循环火箭发动机整机液流试验方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

参见图1，一种电动泵循环火箭发动机整机液流试验系统，包括：第一贮箱1、第二贮箱2、氧泵3、燃泵4、氧电机5、燃电机6、电机驱动器7和电动泵发动机8；

电机驱动器7分别与氧电机5和燃电机6相连；

氧电机5与氧泵3相连；

燃电机6与燃泵4相连；

第一贮箱1、氧泵3和电动泵发动机8依次通过管路相连，以形成氧路通道；

第二贮箱2、燃泵4和电动泵发动机8依次通过管路相连，以形成燃路通道；

氧路通道内设有用于采集氧路通道内试验介质流量的第一流量计9以及用于采集氧路通道内试验测点压力的第一压力传感器10；

燃路通道内设有用于采集燃路通道内试验介质流量的第二流量计11以及用于采集燃路通道内试验测点压力的第二压力传感器12。

本实施例中，氧泵3可以将第一贮箱1的试验介质由低压增至高压并输送至电动泵发动机8；燃泵4可以将第二贮箱2的试验介质由低压增至高压并输送至电动泵发动机8；电机驱动器7用于控制氧电机5的转速，以控制氧泵3输送的试验介质的压力和流量，电机驱动器7还用于控制燃电机6的转速，以控制燃泵4输送的试验介质的压力和流量；也就是说，系统可以由电机驱动器7控制输入电动泵发动机8的两路试验介质的压力和流量，进而实现对电动泵发动机8的不同工况调节，并通过第一流量计9和第二流量计11采集试验介质的流量数据，通过第一压力传感器10和第二压力传感器12采集试验测点的压力数据，得到相应的试验数据，以此分析判定发动机整机充填动态响应特性。

其中，可以知道的，发动机整机充填主要指的是发动机管道和推力室内腔道里面推进剂介质的充填，发动机工作过程中这是一个动态的过程，发动机管道和推力室内腔道里面推进剂介质充填的压力和流量不是线性增长，而是一个动态变化的过程，响应特性主要是指推进剂介质压力和流量随充填时间变化的响应曲线。一般需要获取充填过程中推进剂介质压力和流量随充填时间变化的响应曲线，并通过分析曲线获取推进剂压力和流量达到不同值(比如设计值的10％、30％、60％、90％、100％等)对应的时间。

电机驱动器7控制氧电机5和燃电机6启停来实现氧电机5和燃电机6的单独控制或联合控制，满足电动泵发动机8单路液流试验和两路联合液流试验要求,即本发明提供的系统可获取电动泵发动机8整机动态充填响应特性，既可以获取氧/燃两路单独的动态充填特性，也可以获取氧/燃两路联合的动态充填特性，可为整机热试点火时序的判定提供有效依据。

氧路通道内试验测点和燃路通道内试验测点是测试压力的点，具体可以根据需要设置。

在一个可选实施例中，系统包括第一高压气瓶13和第二高压气瓶14；第一高压气瓶13与第一贮箱1通过管路相连，第二高压气瓶14与第二贮箱2通过管路相连。

第一高压气瓶13中的高压气体分别用于使第一贮箱1内液流试验介质可以增压至氧泵3的设计入口压力。

第二高压气瓶14中的高压气体分别用于使第二贮箱2内液流试验介质可以增压至燃泵4的设计入口压力。

为了便于调节，第一高压气瓶13与第一贮箱1之间的管路上以及第二高压气瓶14与第二贮箱2之间的管路上均设有减压阀16。减压阀16用于控制相应的第一高压气瓶13或第二高压气瓶14中的高压气体的压力，便于控制第一贮或第二贮箱2内液流试验介质增压至相应的氧泵3或燃泵4的设计入口压力。

在一个可选实施例中，系统包括用于给氧电机5供电的氧电机电池16和用于给燃电机6供电的燃电机电池17，氧电机电池16以及燃电机电池17与电机驱控器相连。

氧电机电池16和燃电机电池17用于给相应的氧电机5和燃电机6供电，并给电机驱控器供电；具体的，氧电机电池16可以经电机驱控器与氧电机5相连，燃电机电池17可以经电机驱控器与燃电机6相连。

在一个可选实施例中，第一流量计9设置在第一贮箱1与氧泵3之间的管路内，第二流量计11设置在第二贮箱2与燃泵4之间的管路内。

在一个可选实施例中，第一压力传感器10设置在氧泵3和电动泵发动机8之间的管路内，第二压力传感器12设置在燃泵4和电动泵发动机8之间的管路内。

在一个可选实施例中，系统包括第三压力传感器和第四压力传感器，第三压力传感器设置在第一贮箱1与氧泵3之间的管路内，第四压力传感器设置在第二贮箱2与燃泵4之间的管路内。

在一个可选实施例中，第一高压气瓶13与第一贮箱1之间的管路上和第二高压气瓶14与第二贮箱2之间的管路上均设有第五压力传感器，第一高压气瓶13和第二高压气瓶14内设有第六压力传感器。

在一个可选实施例中，第一贮箱1和第二贮箱2内设有第七压力传感器。

采用上述实施例中任一电动泵循环火箭发动机整机液流试验系统的电动泵循环火箭发动机整机液流试验方法，包括：

步骤201，根据待试验工况，确定转速设置和时序设置；

在发动机单路定转速液流试验时，待试验工况为可以选择50％工况、60％工况、70％工况、80％工况、90％工况、100％工况、110％工况或120％工况等，此时转速设置一般为固定转速；

在发动机单路变转速液流试验时，待试验工况为可以选择连续变工况或台阶式变工况等，此时转速设置一般设置为连续变化或台阶式变化的转速；

在发动机两路联调定转速液流试验时，待试验工况为可以选择发动机整机50％工况、60％工况、70％工况、80％工况、90％工况、100％工况、110％工况或120％工况等；

在发动机两路联调变转速液流试验时，待试验工况为可以选择连续变工况或台阶式变工况。

步骤202，根据转速设置和时序设置控制目标电机，目标电机包括氧电机和/或燃电机；

可以知道的，在发动机氧路液流试验时，目标电机为氧电机，在发动机燃路液流试验时，目标电机为燃电机，在发动机两路液流试验时，目标电机包括氧电机和燃电机；

步骤203，获取目标流量数据和目标压力数据，目标流量数据为第一流量计和/或第二流量计采集的流量数据，目标压力数据为第一压力传感器和/或第二压力传感器采集的压力数据；

可以知道的，在发动机氧路液流试验时，目标流量数据为第一流量计采集的流量数据，目标压力数据为第一压力传感器采集的压力数据，在发动机燃路液流试验时，目标流量数据为第二流量计采集的流量数据，目标压力数据为第二压力传感器采集的压力数据，在发动机两路液流试验时，目标流量数据为第一流量计和第二流量计采集的流量数据，目标压力数据为第一压力传感器或第二压力传感器采集的压力数据；

步骤204，根据目标流量数据和目标压力数据，调整目标电机转速；

步骤205，确定电动泵发动机处于待试验工况时所要求的目标流量数据、目标压力数据和目标电机转速。

根据电动泵发动机处于待试验工况时所要求的目标流量数据、目标压力数据和目标电机转速，可以分析生成动态填充响应数据。

本申请中，针对单路定转速液流试验、单路变转速液流试验、两路联调定转速液流试验和两路联调变转速液流试验的主要试验步骤如下：

1.发动机单路定转速液流试验：

根据氧/燃泵入口设计压力，设置相应的第一/第二高压气瓶增压压力及减压阀调节压力，在发动机单路定转液流试验之前排空泵前管路的气体，每次试验前设定电机转速，设置控制时序，启动前确认发动机状态、控制时统状态、电机状态，试验后根据压力流量数据调整电机转速，获取单路设计要求的流量和压力(如单路50％、60％、70％、80％、90％、100％、110％、120％工况)，确定不同工况对应的电机转速；

2.发动机单路变转速液流试验：

根据发动机单路定转速液流试验获取的不同工况对应的转速数据，设置电机变转速方案(台阶式变化或连续变化)，设计转速变化曲线并写入控制时序，试验后根据压力流量数据调整(微调)电机转速，获取单路连续变工况及台阶式变工况要求的流量和压力，确定连续变工况及台阶式变工况对应的电机转速；

3.发动机两路联调定转速液流试验：

根据单路定转速液流试验获取的不同工况对应的转速数据，以及单路定转速液流试验获取的动态充填响应数据，设计转速并写入控制时序，试验后根据压力流量数据迭代微调电机转速及控制时序，获取发动机两路联合工作设计要求的流量和压力(如发动机整机70％、80％、90％、100％、110％等工况)，确定不同工况对应的电机转速；

其中，发动机工作需要两种推进剂介质按一定的设计顺序进入发动机内部，而不同的电机转速对应有不同的推进剂压力流量响应曲线，通过不断迭代，需要获取设计参数对应的压力流量响应时间，此时对应的转速就是需要的转速，这就是根据动态充填响应数据获取设计转速。

4.发动机两路联调变转速液流试验：

根据两路联调定转速获取的不同工况对应的转速数据，设置电机变转速方案(台阶式变化或连续变化)，设计转速变化曲线并写入控制时序，试验后根据压力流量数据迭代微调电机转速，获取两路联调设计要求的流量和压力，确定连续变工况及台阶式变工况对应的电机转速及控制时序。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种电动泵循环火箭发动机整机液流试验系统，其特征在于，包括：第一贮箱、第二贮箱、氧泵、燃泵、氧电机、燃电机、电机驱动器和电动泵发动机；

所述电机驱动器分别与所述氧电机和所述燃电机相连；

所述氧电机与所述氧泵相连；

所述燃电机与所述燃泵相连；

所述第一贮箱、所述氧泵和所述电动泵发动机依次通过管路相连，以形成氧路通道；

所述第二贮箱、所述燃泵和所述电动泵发动机依次通过管路相连，以形成燃路通道；

所述氧路通道内设有用于采集氧路通道内试验介质流量的第一流量计以及用于采集氧路通道内试验测点压力的第一压力传感器；

所述燃路通道内设有用于采集燃路通道内试验介质流量的第二流量计以及用于采集燃路通道内试验测点压力的第二压力传感器。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括第一高压气瓶和第二高压气瓶；所述第一高压气瓶与所述第一贮箱通过管路相连，所述第二高压气瓶与所述第二贮箱通过管路相连。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一高压气瓶与所述第一贮箱之间的管路上以及所述第二高压气瓶与所述第二贮箱之间的管路上均设有减压阀。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括用于给所述氧电机供电的氧电机电池和用于给所述燃电机供电的所述燃电机电池，所述氧电机电池以及所述燃电机电池与所述电机驱控器相连。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一流量计设置在所述第一贮箱与所述氧泵之间的管路内，所述第二流量计设置在所述第二贮箱与所述燃泵之间的管路内。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一压力传感器设置在所述氧泵和所述电动泵发动机之间的管路内，所述第二压力传感器设置在所述燃泵和所述电动泵发动机之间的管路内。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统包括第三压力传感器和第四压力传感器，所述第三压力传感器设置在所述第一贮箱与所述氧泵之间的管路内，所述第四压力传感器设置在所述第二贮箱与所述燃泵之间的管路内。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一高压气瓶与所述第一贮箱之间的管路上和所述第二高压气瓶与所述第二贮箱之间的管路上均设有第五压力传感器，所述第一高压气瓶和第二高压气瓶内设有第六压力传感器。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一贮箱和第二贮箱内设有第七压力传感器。

10.一种采用权利要求1～9中任一所述系统的电动泵循环火箭发动机整机液流试验方法，其特征在于，包括：

根据待试验工况，确定转速设置和时序设置；

根据所述转速设置和时序设置控制目标电机，所述目标电机包括所述氧电机和/或所述燃电机；

获取目标流量数据和目标压力数据，所述目标流量数据为所述第一流量计和/或所述第二流量计采集的流量数据，所述目标压力数据为所述第一压力传感器和/或所述第二压力传感器采集的压力数据；

根据所述目标流量数据和所述目标压力数据，调整所述目标电机的转速；

确定电动泵发动机处于待试验工况时所要求的目标流量数据、目标压力数据和目标电机转速。

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