CN112780444B

CN112780444B - 一种常温推进剂针栓式发动机防串腔关机处理方法

Info

Publication number: CN112780444B
Application number: CN202110103058.9A
Authority: CN
Inventors: 潘匡志; 兰晓辉; 周江平; 张涛; 高坤; 薛涵菲; 段蒙
Original assignee: Xian Aerospace Propulsion Institute
Current assignee: Xian Aerospace Propulsion Institute
Priority date: 2021-01-26
Filing date: 2021-01-26
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2041-01-26
Also published as: CN112780444A

Abstract

本发明涉及一种常温推进剂针栓式发动机防串腔关机处理方法，以解决现有技术中存在的针栓式发动机关机后出现推进剂串腔、爆燃现象的问题。该方法包括：1)在针栓式发动机阀门关闭后，按照起动时序要求，对针栓式喷注器的中心路通道和环腔路通道分别进行首次吹除，待喷管出口火焰消失后首次吹除停止；起动时序要求为中心路通道的吹除起动时序领先于环腔路通道的吹除起动时序；2)首次吹除结束后，对针栓式喷注器的中心路通道和环腔路通道分别进行断续吹除，直至喷管出口无烟后断续吹除停止，关机处理结束；断续吹除过程中，中心路通道和环腔路通道每次吹除起动时序与步骤1)相同，每次吹除时间小于等于首次吹除时间，吹除间隔时间为1‑2s。

Description

一种常温推进剂针栓式发动机防串腔关机处理方法

技术领域

本发明涉及液体火箭发动机领域，具体涉及一种常温推进剂针栓式发动机防串腔关机处理方法。

背景技术

常温推进剂组合具有沸点高、可自燃的特性，在常温推进剂液体火箭发动机地面热试验中，发动机在关机之后如不采取措施或处置措施不当，发动机内腔的残余推进剂会无序流入发动机的燃烧室腔内，在贴近喷嘴结构附近无序燃烧，易出现推进剂串腔、爆燃的现象，造成喷注器热变形，甚至结构烧蚀损坏等问题。针栓式发动机的针栓式喷注器结构较为独特，如图1所示，喷注器本体01上设置有中心路通道02和环腔路通道03，针栓式发动机关机后形成的串腔模式为环腔路通道03的推进剂流出/喷出并经过中心路通道02的喷嘴出口，由此进入中心路通道02内腔，与中心路通道02的推进剂接触爆燃，形成高温高压的恶劣环境。因此需根据针栓式发动机关机后的串腔模式针对性地进行关机处理，以降低发动机关机后的串腔、爆燃风险。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的针栓式发动机关机后出现推进剂串腔、爆燃现象的问题，而提供了一种常温推进剂针栓式发动机防串腔关机处理方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种常温推进剂针栓式发动机防串腔关机处理方法，所述针栓式发动机的针栓式喷注器中心路通道和环腔路通道分别通过上游的发动机吹除接嘴与地面吹除系统连接，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)在针栓式发动机阀门关闭的短时间间隔后，按照起动时序要求，对针栓式喷注器的中心路通道和环腔路通道分别进行首次吹除，待喷管出口火焰消失后首次吹除停止，吹除时间通常在5-10s左右；所述起动时序要求为中心路通道的吹除起动时序领先于环腔路通道的吹除起动时序，防止吹除过程中环腔路通道喷射的推进剂被吹入或被压差挤入中心路通道的喷嘴出口，从而进入中心路通道内腔；中心路通道领先吹除时间视试验系统一致性确定，吹除关闭时刻已基本没有推进剂，因此按同时关闭吹除控制；

2)首次吹除结束后，对针栓式喷注器的中心路通道和环腔路通道分别进行断续吹除，直至喷管出口无烟后断续吹除停止，关机处理结束；所述断续吹除过程中，中心路通道和环腔路通道每次吹除起动时序与步骤1)相同，每次吹除时间小于等于首次吹除时间，通常设置为2-5s；吹除间隔时间要确保贴壁的推进剂在重力作用下汇流积聚，并尽量减少无序燃烧时间，通常设置为1-2s。

进一步地，步骤1)中，所述首次吹除在针栓式发动机阀门关闭后0-1s内起动。

进一步地，步骤1)、步骤2)中，所述首次吹除和断续吹除过程中，吹除压力均低于发动机入口压力。

进一步地，还包括在步骤1)前进行的步骤a)；

a)在热试车之前通过地面吹除系统空载测试，判读吹除接嘴入口压力建压时间或喷前压力建压时间，使中心路通道吹除接嘴入口压力建压时间领先于环腔路通道吹除接嘴入口压力建压时间。

进一步地，所述吹除采用的气体为压缩空气或氮气。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的常温推进剂针栓式发动机防串腔关机处理方法，针对针栓式发动机关机后的串腔模式，在针栓式发动机阀门关闭后对针栓式喷注器的中心路通道和环腔路通道执行先后吹除处理，在获得关机减速性的前提下，尽量减少无序燃烧时间，避免环腔路通道的推进剂串入中心路通道内腔产生爆燃。本发明降低了发动机关机后的串腔爆燃风险，为液体火箭发动机安全开展地面热试验提供了依据。

(2)本发明通过首次吹除和断续吹除的结合，可提升关机处理效率，并降低吹除耗气量。

(3)中心路通道和环腔路通道内残余的推进剂在吹除过程中参与燃烧，可有效减少污染。

(4)首次吹除在针栓式发动机阀门关闭后0-1s内起动，即在关机后较短的时间内起动吹除，可有效减少无序燃烧时间。

(5)吹除压力控制在略低于发动机入口压力状态，既能保证关机吹除过程与正常点火工况较为接近，又能防止吹除阀门密封问题造成的吹除气体进入发动机内腔风险。

(6)在热试车之前进行地面吹除系统空载测试，给出了热试车之前的关机处理时序测试方法和参数判据。

(7)本发明中，对时序的控制要求既适用于氧化剂中心方案，也适用于燃料中心方案。

附图说明

图1是现有的针栓式喷注器结构示意图；

图中，01-喷注器本体，02-中心路通道，03-环腔路通道。

图2是本发明常温推进剂针栓式发动机防串腔关机处理方法实施例一的程序示意图；

图3是本发明中首次吹除过程针栓式喷注器中心路通道和环腔路通道建压示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例一

本实施例中，针栓式发动机采用氧化剂中心方案，即针栓式发动机的针栓式喷注器中心路通道为氧化剂路，环腔路通道为燃料路。针栓式喷注器的中心路通道和环腔路通道分别通过上游的发动机吹除接嘴与地面吹除系统连接。采用本发明提供的常温推进剂针栓式发动机防串腔关机处理方法的程序如图2所示，具体按照以下步骤实施：

1)针栓式发动机单机热试车点火结束，阀门关闭。在针栓式发动机阀门关闭间隔TJ1时间后，按照起动时序要求，通过与地面吹除系统连接的吹除接嘴对针栓式喷注器的中心路通道和环腔路通道分别进行首次吹除，待喷管出口火焰消失后首次吹除停止。

具体来说，关机后0.4s得到了关机响应数据，间隔TJ1时间取0.5s；吹除气体采用压缩空气或氮气均可；首次吹除过程中，起动时序要求为中心路通道的吹除起动时序领先于环腔路通道的吹除起动时序，试验台吹除控制散差约为50ms，时序差控制目标定为不小于50ms；发动机入口压力为1.7MPa，则控制吹除压力略低于入口压力，取1.5MPa；根据火焰消失时间，首次吹除时间TC1为5s。

2)首次吹除结束后，对针栓式喷注器的中心路通道和环腔路通道分别进行断续吹除，直至喷管出口无烟后断续吹除停止，关机处理结束。

具体来说，断续吹除过程中，中心路通道和环腔路通道每次吹除起动时序与步骤1)相同，每次吹除时间TC2取2s，吹除间隔时间TJ2取2s，3次断续吹除后喷管出口无烟，断续吹除停止。

为确保中心路通道的吹除起动时序领先于环腔路通道的吹除起动时序，在热试车之前通过地面吹除系统空载测试，判读吹除接嘴入口压力建压时间或喷前压力建压时间，根据时序差控制目标，使中心路通道吹除接嘴入口压力建压时间领先于环腔路通道吹除接嘴入口压力建压时间不小于50ms，两通道建压曲线如图3所示。

实施例二

本实施例中，针栓式发动机采用燃料中心方案，即针栓式发动机的针栓式喷注器中心路通道为燃料路，环腔路通道为氧化剂路。针栓式喷注器的中心路通道和环腔路通道分别通过上游的发动机吹除接嘴与地面吹除系统连接。采用本发明提供的常温推进剂针栓式发动机防串腔关机处理方法的程序参见图2所示，具体按照以下步骤实施：

具体来说，关机后0.8s得到了关机响应数据，间隔TJ1时间取1s；吹除气体采用压缩空气或氮气均可；首次吹除过程中，起动时序要求为中心路通道的吹除起动时序领先于环腔路通道的吹除起动时序，试验台吹除控制散差约为100ms，时序差控制目标定为不小于100ms；发动机入口压力为1.7MPa，则控制吹除压力略低于入口压力，取1.5MPa；根据火焰消失时间，首次吹除时间TC1为10s。

具体来说，断续吹除过程中，中心路通道和环腔路通道每次吹除起动时序与步骤1)相同，每次吹除时间TC2取2s，吹除间隔时间TJ2取1s，4次断续吹除后喷管出口无烟，断续吹除停止。

为确保中心路通道的吹除起动时序领先于环腔路通道的吹除起动时序，在热试车之前通过地面吹除系统空载测试，判读吹除接嘴入口压力建压时间或喷前压力建压时间，根据时序差控制目标，使中心路通道吹除接嘴入口压力建压时间领先于环腔路通道吹除接嘴入口压力建压时间不小于100ms，两通道建压曲线可参考图3所示。

Claims

1.一种常温推进剂针栓式发动机防串腔关机处理方法，所述针栓式发动机的针栓式喷注器中心路通道和环腔路通道分别通过上游的发动机吹除接嘴与地面吹除系统连接，其特征在于，包括以下步骤：

1)在针栓式发动机阀门关闭后，按照起动时序要求，对针栓式喷注器的中心路通道和环腔路通道分别进行首次吹除，待喷管出口火焰消失后首次吹除停止；所述起动时序要求为中心路通道的吹除起动时序领先于环腔路通道的吹除起动时序；

2)首次吹除结束后，对针栓式喷注器的中心路通道和环腔路通道分别进行断续吹除，直至喷管出口无烟后断续吹除停止，关机处理结束；所述断续吹除过程中，中心路通道和环腔路通道每次吹除起动时序与步骤1)相同，每次吹除时间小于等于首次吹除时间，吹除间隔时间为1-2s。

2.根据权利要求1所述的一种常温推进剂针栓式发动机防串腔关机处理方法，其特征在于：

步骤1)中，所述首次吹除在针栓式发动机阀门关闭后0-1s内起动。

3.根据权利要求2所述的一种常温推进剂针栓式发动机防串腔关机处理方法，其特征在于：

步骤1)、步骤2)中，所述首次吹除和断续吹除过程中，吹除压力均低于发动机入口压力。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种常温推进剂针栓式发动机防串腔关机处理方法，其特征在于：

还包括在步骤1)前进行的步骤a)；

5.根据权利要求4所述的一种常温推进剂针栓式发动机防串腔关机处理方法，其特征在于：

步骤1)、步骤2)中，所述吹除采用的气体为压缩空气或氮气。