CN112859938A

CN112859938A - 一种高焓值发动机试车台设施酒精调节系统及控制方法

Info

Publication number: CN112859938A
Application number: CN202110053569.4A
Authority: CN
Inventors: 付蒙; 郭洪业; 张海洲; 李俊杰; 殷建锋; 关振宇; 章莉敏; 钟晖
Original assignee: Beijing Power Machinery Institute
Current assignee: Beijing Power Machinery Institute
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2021-05-28
Anticipated expiration: 2041-01-15
Also published as: CN112859938B

Abstract

本发明公开了一种高焓值发动机试车台设施酒精调节系统及控制方法，系统包括控制器、源头阀、选择阀、流量调节阀、截止阀、供应阀、回流阀及流量计；高压酒精源入口管路通过流量计、源头阀与酒精通路相连；酒精通路通过供应阀、流量计与外部加热器相连，同时酒精通路与回流支路相连，所述回流支路上设有回流阀、流量计；采用两条以上并联设置的酒精通路，每条酒精通路均采用并列设置的流量调节阀；每条酒精通路入口处均设有选择阀及流量计，出口处均设有流量计及截止阀；每条酒精通路入口处还与排气管路相连；通过控制器对流量调节阀进行调控为外部加热器提供目标流量的酒精。本发明能够提供准确流量的酒精，流量范围大、调节精度高。

Description

一种高焓值发动机试车台设施酒精调节系统及控制方法

技术领域

本发明属于航天发动机试车台控制领域，涉及一种高焓值发动机试车台设施酒精调节系统及控制方法。

背景技术

随着飞行器向着大空域大速域超远程方向的发展，对飞行速度更快、工作范围更宽的高超声速飞机、弹用吸气式冲压发动机技术的强烈要求已日益凸显。地面发动机试验是吸气式冲压发动机推进技术的重要环节，建立高焓值发动机试车台是验证高超声速冲压发动机进气总压、总温、空气流量、氧含量、供油量等状态点的基础。但是，建立高焓值发动机试车台技术难度极大，国内技术远远落后于军事强国。

高焓值发动机试车台建设中，控制系统主要功能是实现高焓值发动机试车台自动化控制。通过系统的自动控制实现试验台在不同试验状态下射流喷管出口气流总压、总温的调节，模拟高超声速飞行器飞行时发动机进气和排气条件，满足发动机特定状态工作性能测试的要求，保障试验台安全运行等。高焓值发动机试车台设施酒精调节系统是试车台控制系统的重要组成部分，为高焓值发动机试车台设施加热器提供准确流量的酒精。

现阶段，由于国内缺少高焓值发动机试车台建设经验，普通发动机试车台设施酒精调节系统流量调节范围小、精度低、模拟偏差大、供给压力波动大，不能适应高超声速冲压发动机地面试车台的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高焓值发动机试车台设施酒精调节系统及控制方法，能够提供准确流量的酒精，流量范围大、调节精度高。

本发明采用的技术方案如下：

一种高焓值发动机试车台设施酒精调节系统，包括控制器、源头阀、选择阀、流量调节阀、截止阀、供应阀、回流阀及流量计；

高压酒精源入口管路通过流量计、源头阀与酒精通路相连；所述酒精通路通过供应阀、流量计与外部加热器相连，同时所述酒精通路与回流支路相连，所述回流支路上设有回流阀、流量计；

采用两条以上并联设置的酒精通路，每条酒精通路均采用并列设置的流量调节阀；每条酒精通路入口处均设有选择阀及流量计，出口处均设有流量计及截止阀；每条酒精通路入口处还与排气管路相连；通过控制器对流量调节阀进行调控为外部加热器提供目标流量的酒精。

进一步地，所述流量调节阀采用2组以上，每组有3台比例流量阀，3台比例流量阀并联设置；

所述控制器设置2路控制信号，其中第1路控制信号对应控制每一组第1台比例流量阀，第2路控制信号分成2路输出，分别控制另外2台比例流量阀；每组比例流量阀仅第1台比例流量阀进行PID控制调节，另外2路比例流量阀保持固定开度。

进一步地，所述PID控制调节以该比例流量阀所在组的3条酒精支路的酒精总流量和该条酒精通路所有酒精支路的酒精总流量作为两路反馈控制信号输入。

一种高焓值发动机试车台设施酒精调节系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

步骤1，预先进行一轮酒精回流循环，进行酒精流量调节，验证调节系统是否异常；

步骤2，将酒精源供应流量与设定的酒精源最低使用流量进行比较；

步骤3，当酒精源流量高于酒精源最低使用流量时，开启源头阀，开启选定酒精通路上的选择阀、比例流量阀和截止阀，开启到位后打开回流阀；

步骤4，回流阀开启到位后2s，将比例流量阀预置开度赋值给对应的比例流量阀，2s后开始控制调节，实时监测各流量计，流量调节至目标流量值后一直进行回流循环；

步骤5，当发出供应酒精信号后，关闭回流阀，同时打开供应阀，向外部加热器供应酒精；

步骤6，当收到停车或紧急停车信号时，关闭供应阀，试验结束；

步骤7，对酒精调节系统进行复位。

进一步地，所述酒精回流循环具体步骤如下：

步骤101，设定酒精源最低使用流量，当酒精源流量低于酒精源最低使用流量时，出现报警提示，增加供应酒精流量；当酒精源流量高于酒精源最低使用流量时，开启源头阀，依次开启对应酒精通路上的选择阀、比例流量阀、截止阀，开启到位后打开回流阀；

步骤102，实时监测各流量计，酒精流量调节至目标值后关闭回流阀、截止阀，将比例流量阀开度全部置零。

进一步地，所述的酒精复位具体方法如下：

关闭源头阀，关闭到位后打开回流阀，将调节系统内酒精泄压，当回流压力低于1MPa时，关闭回流阀；关闭选定酒精通路上的选择阀、截止阀，比例流量阀开度全部置零。

进一步地，所述比例流量阀均采用预置开度加PID调节的方法。

有益效果：

1、本发明采用两条以上酒精支路为外部加热器提供目标流量的酒精，拓宽了所供酒精流量范围；每条酒精支路均采用并列设置的比例流量阀，实现多组合流量控制，提高了调节精度，满足了高焓值发动机试车台的发动机提供模拟马赫数3-8、模拟高度范围10-40km范围内规定的高焓值状态点的流量要求，酒精流量范围达到15.8kg/s-55.5kg/s，流量模拟偏差小于±1％，供给压力波动小于±1％，在不同试验状态下精确控制每条酒精供给支路的酒精流量。保证高超声速冲压发动机地面时安全可靠并适应宽的状态点工作范围，大大提高发动机地面试验的安全性、可靠性。

2、本发明比例流量阀采用2组以上，每组有3台比例流量阀，3台比例流量阀并联设置进一步拓宽了所供酒精流量范围，每组比例流量阀仅第1台比例流量阀进行PID控制调节，另外2路比例流量阀保持固定开度，在满足控制精度的前提下节省了成本。

附图说明

图1为酒精调节系统的工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种高焓值发动机试车台设施酒精调节系统，如图1所示，该系统包括控制器、源头阀、选择阀、比例流量阀、截止阀、供应阀、回流阀、流量计、管路，用于为高焓值发动机试车台设施加热器提供准确流量的酒精，流量范围从15.8kg/s-55.5kg/s，流量模拟偏差小于±1％，供给压力波动小于±1％，流量出现±3％的偏差自动警示。

本实施例中该酒精调节系统采用两条并联设置的酒精通路，高压酒精源入口管路通过流量计、源头阀JP1与两条并联设置的酒精通路相连；两条酒精通路并联后通过供应阀JP2、流量计与外部加热器相连，同时酒精通路并联后与回流支路相连，回流支路上设有回流阀JP3、流量计；每条酒精通路均采用并列设置的流量调节阀；每条酒精通路入口处均设有选择阀及流量计，选择阀分别为JK1、JK2，出口处均设有流量计及截止阀，截止阀分别为JK3、JK4；每条酒精通路入口处还与排气管路相连；通过控制器对流量调节阀进行调控为外部加热器提供目标流量的酒精。

每条酒精通路采用3组流量调节阀，每组有3台比例流量阀，共有18台比例流量阀，分别调节18条酒精支路(1个选择阀调节9条酒精支路)。

控制器设置2路控制信号，其中第1路控制信号对应控制每一组第1台比例流量阀，第2路控制信号通过信号调理模块分成2路输出，分别控制该组另外2台比例流量阀，每组比例流量阀仅第1台比例阀进行PID控制调节，其余2路比例流量阀保持固定开度不变。

PID调节以该比例流量阀所在组的3条酒精支路的酒精总流量和该条酒精通路所有酒精支路(9条酒精支路)的酒精总流量作为两路反馈控制信号输入，用于精确控制每条支路的酒精流量。

高焓值发动机试车台设施酒精调节系统的控制方法步骤如下：

步骤1，酒精准备。根据本次试验酒精目标流量，对参与控制的阀门进行配置，将调节系统的源头阀J1，选择阀JK1、JK2，比例流量阀JF1～JF18，供应阀JP2，支路截止阀JK3、JK4，回流阀JP3、流量计进行管路连接；设定比例流量阀的预置开度，酒精源最低使用流量、PID调节的控制参数等；预先进行一轮酒精回流循环，进行酒精流量调节，验证阀门及功能模块是否异常。酒精回流循环具体步骤如下：

步骤101，当酒精源流量低于酒精源最低使用流量时，出现报警提示，增加供应酒精流量；当酒精源流量高于酒精源最低使用流量时，开启源头阀JP1，依次开启对应酒精通路上的选择阀JK1或(和)JK2、对应的比例流量阀、截止阀JK3或(和)JK4，开启到位后打开回流阀JP3；

步骤102，回流阀JP3开启到位后2s，将对应酒精支路的比例流量阀预置开度赋值给对应的比例流量阀，2s后开始进行PID控制调节，实时监测各流量计，酒精流量调节至目标值后关闭回流阀JP3、截止阀JK3或(和)JK4，将比例流量阀开度全部置零。

步骤2，试验/酒精开始，用于根据本次试验酒精目标流量，为加热器提供目标流量的酒精；具体步骤如下：

步骤201，通知酒精供给系统供应额定流量的酒精，当酒精到位后，将酒精源供应流量与设定的“酒精源最低使用流量”进行比较；

步骤202，当酒精源流量高于“酒精源最低使用流量”时，开启源头阀JP1，目标流量≤32kg/s时，开启选择阀JK1、截止阀JK3或选择阀JK2、截止阀J K4；目标流量>32kg/s时，开启选择阀JK1、截止阀JK3、选择阀JK2、截止阀JK4，开启到位后打开回流阀JP3；

步骤203，回流阀JP3开启到位后2s，将比例流量阀预置开度赋值给对应的比例流量阀，2s后开始进行PID控制调节，流量调节至目标值后一直进行回流循环；

步骤204，当发出供应酒精信号后，关闭回流阀JP3，同时打开供应阀JP2，向加热器供应燃料，比例流量阀需要采用预置开度加PID控制调节的方法；

步骤205，当收到“停车”或“紧急停车”信号时关闭供应阀JP2，试验结束。

步骤3，酒精复位，用于试验结束后对酒精调节系统进行复位。

关闭源头阀JP1，源头阀JP1关闭到位后打开回流阀JP3，将调节系统内酒精泄压，当回流压力低于1MPa时，关闭回流阀JP3，关闭支路对应阀门JK1、JK3或(和)JK2、JK4，比例流量阀开度全部置零，酒精复位结束。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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

1.一种高焓值发动机试车台设施酒精调节系统，其特征在于，包括控制器、源头阀、选择阀、流量调节阀、截止阀、供应阀、回流阀及流量计；

2.如权利要求1所述的高焓值发动机试车台设施酒精调节系统，其特征在于，所述流量调节阀采用2组以上，每组有3台比例流量阀，3台比例流量阀并联设置；

3.如权利要求2所述的高焓值发动机试车台设施酒精调节系统，其特征在于，所述PID控制调节以该比例流量阀所在组的3条酒精支路的酒精总流量和该条酒精通路所有酒精支路的酒精总流量作为两路反馈控制信号输入。

4.一种高焓值发动机试车台设施酒精调节系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

步骤7，对酒精调节系统进行复位。

5.根据权利要求4所述的高焓值发动机试车台设施酒精调节系统的控制方法，其特征在于，所述酒精回流循环具体步骤如下：

6.根据权利要求4所述的一种高焓值发动机试车台设施酒精调节系统的控制方法，其特征在于，所述的酒精复位具体方法如下：

7.根据权利要求4所述的高焓值发动机试车台设施酒精调节系统的控制方法，其特征在于，所述比例流量阀均采用预置开度加PID调节的方法。