CN113606990A - 一种跟随火箭尾焰高位自动喷水降噪系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跟随火箭尾焰高位自动喷水降噪系统，属于火箭发射噪声防护技术领域。系统包括喷嘴、快速阀控系统、供气系统、供水系统以及排水系统；喷嘴通过喷水管路接至供水系统，喷嘴均匀布置发射工位前后两侧，喷嘴稳定喷水后喷水范围能够覆盖发射台；快速阀控系统设置在供水管路上，火箭发动机点火前实现系统近程喷水，火箭点火起飞后某一时刻实现系统远程喷水，近程喷水和远程喷水两种工况转换时间间隔在1s左右；供气系统为快速阀控系统提供压缩空气作为操纵气源；排水系统将大流量喷水及时收集并排到发射场外侧低洼处。本发明根据火箭发射工况进行喷水工况切换，能够保证箭体安全，同时抑制噪声辐射和传播。

Description

一种跟随火箭尾焰高位自动喷水降噪系统

技术领域

本发明涉及一种跟随火箭尾焰高位自动喷水降噪系统，属于火箭发射噪声防护技术领域。

背景技术

中大型捆绑式运载火箭发射时一级和助推发动机射流会产生170dB以上的气动噪声，将对箭上及发射系统薄弱结构件、声敏电器元件产生声致振动，造成破坏性影响，对发射场周围环境、试验人员也会造成伤害。在火箭点火时向发动机燃气射流场中喷水，改变噪声产生机制，抑制噪声传播，可以有效降低火箭周边噪声值。目前，高位喷水滞后于火箭起飞时刻，在火箭起飞初始阶段，因担心误喷影响箭体，喷水降噪系统未能启动，降噪用水无法及时到达发动机射流区域，喷水降噪系统启动时，箭体已经飞离地面较远，影响了高位喷水的降噪效果。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种跟随火箭尾焰高位自动喷水降噪系统，系统具有近程喷水和远程喷水两种工况，根据火箭发射工况进行喷水工况切换，能够保证箭体安全，同时能够抑制噪声辐射和传播。

一种跟随火箭尾焰高位自动喷水降噪系统，系统包括喷嘴、喷水管路、快速阀控系统、供气系统、供水系统以及排水系统；

所述喷嘴通过喷水管路接至供水系统，供水系统位于发射塔架上部，喷嘴均匀布置发射工位前后两侧，喷嘴稳定喷水后喷水范围能够覆盖发射台；

所述快速阀控系统设置在供水管路上，火箭发动机点火前实现系统近程喷水，火箭点火起飞后某一时刻实现系统远程喷水，当火箭尾端越过喷嘴后，喷水到达发动机射流尾焰，近程喷水和远程喷水两种工况转换时间间隔在1s左右；

所述供气系统为快速阀控系统提供压缩空气作为操纵气源；

所述排水系统将大流量喷水及时收集并排到发射场外侧低洼处。

进一步地，所述喷嘴的外形为等厚度的扁平状结构，喷嘴进口为一个方形腔，水流在此处实现充填转弯，方形腔末端为一个初始矩形孔，随后该矩形孔逐步变形至一个更为扁平的矩形孔，喷嘴出口扁平矩形孔截面积小于初始矩形孔截面积；喷嘴出口具有两个变形方向，一个变形方向是方形腔的两侧壁在喷嘴的平面上向两侧扩张，呈扇面喷射而出，另一个变形方向是在方形腔的上下底面在喷嘴的厚度方向上向中心收缩，矩形孔宽度收窄。

进一步地，所述快速阀控系统位于综合管廊内，设置在喷嘴下方的喷水管路上，系统组成自上向下依次为两个大口径两段式气动蝶阀和一个手动蝶阀；手动蝶阀用于气动蝶阀检修时使用，系统运行前处于打开状态；火箭发动机点火前，启动一个气动蝶阀至开度a，然后启动另一个气动蝶阀至全开，实现系统近程喷水，火箭点火起飞后某一时刻，启动第一个气动蝶阀从开度a至开度b，实现系统远程喷水，当火箭尾端越过喷嘴后，喷水到达发动机射流尾焰。气动蝶阀通过远程控制且控制时序根据不同火箭发射时序灵活装订。

进一步地，所述供气系统采用在线方式为气动蝶阀供气，以适应气动阀控制动作时气源压力的稳定和流量的充盈。

进一步地，所述供水系统包括降噪水箱及供水干管，水量通过两根供水干管供至发射工位综合管廊内，高位喷水管路从两处供水干管上引出，最终接至喷嘴，供水干管末端兼具蓄水稳压功能。

进一步地，所述喷水管路出地面后外部设置波纹管。

进一步地，所述排水系统包括场坪排水和管路余水排水两部分。场坪排水利用位于发射工位周边截流沟，底部与垂直排水管连接，上面布置截流沟盖板，平时截流沟盖板覆盖截流沟，便于日常作业，进入发射流程后，由自动铺装撤收车自动撤收所有截留沟盖板，实现大流量喷水及时收集，避免场坪积水和冬季大范围结冰；管路余水排放利用排水管，通过控制排水管上的气动蝶阀排至地下综合管廊内的排水沟，进而排到发射场外侧低洼处。

有益效果：

1、本发明采用了跟随火箭尾焰高位自动喷水的动作方式，火箭点火前，喷水降噪系统启动近程喷水，发动机推力建立完成火箭起飞时，喷水降噪系统启动远程喷水，当火箭发动机飞过喷头高度时，喷水到达发动机尾焰。该方案喷水启动时间早，作用时间长，降噪性能更优。

2、本发明采用了大流量异形喷嘴，喷嘴出口具有两个变形方向，一个变形方向是方形腔的两侧壁在喷嘴的平面上向两侧扩张，呈扇面喷射而出，另一个变形方向是在方形腔的上下底面在喷嘴的厚度方向上向中心收缩，矩形孔宽度收窄。该方案单个喷嘴流量大，覆盖范围大，结构形式简单，占用空间少，不会与其他设施发生干涉。

3、本发明采用双气动蝶阀和手动蝶阀的组合式阀门控制方式，双气动阀门组合控制实现近程喷水工况和远程喷水工况。该方案可靠性高，工况转换时间短，阀门控制时序可以根据不同火箭发射时序灵活装订，能够适应多种火箭发射工况。

4、本发明采用的快速阀控系统布置在综合管廊内，避免了气动蝶阀定位器和放大器直接承受火箭非定常射流低频振动作用；同时快速阀控系统和外部空间布置喷嘴管路之间设置波纹管，一方面减轻水锤效应，另一方面可以减少外部喷嘴管路振动向阀门传播。此种设计方法减少了气动蝶阀定位器和放大器失效的风险。

5、本发明采用的排水系统可以快速排导降噪大流量用水，有效减少场坪积水和防止冬季结冰；截流沟盖板采用自动铺装撤收车进行铺装和撤收，可以节约人力提高效率。

附图说明

图1是跟随火箭尾焰高位自动喷水降噪系统剖面图；

图2是喷水降噪系统工况转换示意图；

图3是喷嘴的结构图；

图4是供气系统组成原理图；

图5是喷水降噪系统图；

图6是发射场坪截流沟布局图；

其中：1-高位自动喷水降噪系统、2-喷嘴、3-喷水管路、4-喷水管路支架、5-气动蝶阀Ⅰ、6-气动蝶阀Ⅱ、7-手动蝶阀、8-供水干管、9-导流槽、10-喷水支管排水管、11-排水管、12-火箭、13-发动机、14-尾焰边界、15-发射台、16-发射塔架、17-降噪水箱、18-排水通道、19-方形腔、20-矩形孔、21-矩形孔、22-排水截流沟、23-垂直排水管、24-导流槽出口、25-发射场坪、26-排水管气动蝶阀、27-高压气瓶组、28-气电活门箱、29-关断阀、30-波纹管、31-地下综合管廊。

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。

如附图1和2所示，本发明提供了一种跟随火箭尾焰高位自动喷水降噪系统，该系统包括喷嘴2、喷水管路3、快速阀控系统、供气系统、供水系统以及排水系统。

其中，供水系统位于发射塔架16上部，喷嘴2通过喷水管路3接至供水系统，喷嘴2均匀布置在发射工位前后两侧，喷嘴2稳定喷水后喷水范围能够覆盖发射台15，发射台15正下方是用于排导燃气射流和冷却降噪水汽的导流槽9，燃气射流和水汽通过导流槽出口24导出发射场坪25，如附图6所示。

快速阀控系统设置在喷水管路3上，火箭12的发动机13点火前实现系统近程喷水，火箭12点火起飞后某一时刻实现系统远程喷水，当火箭12尾端越过喷嘴2后，喷水到达发动机射流尾焰边界14，近程喷水和远程喷水两种工况转换时间间隔为1s。

如附图3所示，喷嘴2设置在喷水管路3末端，喷嘴进口为一个方形腔19，方形腔末端为一个初始矩形孔20，随后该矩形孔逐步变形至一个更为扁平的矩形孔21。喷嘴出口扁平矩形孔21截面积小于初始矩形孔20截面积。喷嘴出口有两个变形方向，一个变形方向是方形腔的两侧壁在喷嘴2的平面上向两侧扩张，呈扇面喷射而出，另一个变形方向是在方形腔的上下底面在喷嘴的厚度方向上向中心收缩，矩形孔宽度收窄。

快速阀控系统包括气动蝶阀Ⅰ5、气动蝶阀Ⅱ6、手动蝶阀7和供气系统，手动蝶阀7用于气动蝶阀检修时使用，系统运行前处于打开状态。火箭发动机点火前，启动气动蝶阀Ⅰ5至开度a，然后启动气动蝶阀Ⅱ6至全开，实现系统近程喷水，火箭点火起飞后某一时刻，启动气动蝶阀Ⅰ5从开度a至开度b，实现系统远程喷水。由控制系统实现气动蝶阀Ⅰ5和气动蝶阀Ⅱ6的远程控制，控制时序可以根据不同火箭发射时序灵活装订。

如图4所示，供气系统包括配气板、高压气瓶组27、气电活门箱28和关断阀29，为快速阀控系统中的气动蝶阀Ⅰ5、气动蝶阀Ⅱ6以及排水管气动蝶阀26提供压缩空气作为操纵气源，以在线方式为气动蝶阀Ⅰ5、气动蝶阀Ⅱ6和排水管气动蝶阀26供气。

如图1和5所示，供水系统是位于发射塔架上部的降噪水箱17及供水干管8，水量通过两根供水干管8供至发射工位地下综合管廊31内，喷水管路3引自供水干管8，喷水管路3出地面后设置波纹管30，喷水管路支架4安装在地面上对喷水管路3进行支撑，波纹管30用于抑制水击效应和射流冲击引发的管路振动，供水干管8的末端连接排水管11。

排水系统包括场坪排水和管路余水排水两部分。如图6所示，场坪排水利用位于发射工位周边截流沟22，底部与垂直排水管23连接，上面布置截流沟盖板，平时截流沟盖板覆盖截流沟，便于日常作业，进入发射流程后，由自动铺装撤收车自动撤收所有截留沟盖板，实现大流量喷水及时收集，避免场坪积水和冬季大范围结冰。管路余水排放利用连接在喷水管路3上的喷水支管排水管10和供水干管8底部的排水管11，通过控制排水管气动蝶阀26排至地下综合管廊31内的排水通道18，进而排到发射场坪25外侧的低洼处。

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 (10)

1.一种跟随火箭尾焰高位自动喷水降噪系统，其特征在于，系统包括喷嘴、喷水管路、快速阀控系统、供气系统、供水系统以及排水系统；

所述喷嘴通过喷水管路接至供水系统，供水系统位于发射塔架上部，喷嘴均匀布置发射工位前后两侧，喷嘴稳定喷水后喷水范围能够覆盖发射台；

所述快速阀控系统设置在喷水管路上，火箭发动机点火前实现系统近程喷水，火箭点火起飞后某一时刻实现系统远程喷水，当火箭尾端越过喷嘴后，喷水到达发动机射流尾焰，近程喷水和远程喷水两种工况转换时间间隔在1s左右；

所述供气系统为快速阀控系统提供压缩空气作为操纵气源；

所述排水系统将大流量喷水收集并排到发射场外侧低洼处。

2.如权利要求1所述的跟随火箭尾焰高位自动喷水降噪系统，其特征在于，所述喷嘴的外形为等厚度的扁平状结构，喷嘴进口为一个方形腔，水流在此处实现充填转弯，方形腔末端为一个初始矩形孔，随后该矩形孔逐步变形至一个更为扁平的矩形孔，喷嘴出口扁平矩形孔截面积小于初始矩形孔截面积；喷嘴出口具有两个变形方向，一个变形方向是方形腔的两侧壁在喷嘴的平面上向两侧扩张，呈扇面喷射而出，另一个变形方向是在方形腔的上下底面在喷嘴的厚度方向上向中心收缩，矩形孔宽度收窄。

3.如权利要求1或2所述的跟随火箭尾焰高位自动喷水降噪系统，其特征在于，所述快速阀控系统位于综合管廊内的喷水管路上，系统组成自上向下依次为两个气动蝶阀和一个手动蝶阀；所述手动蝶阀在气动蝶阀检修时使用，系统运行前处于打开状态；火箭发动机点火前，启动一个气动蝶阀至开度a，然后启动另一个气动蝶阀至全开，实现系统近程喷水，火箭点火起飞后某一时刻，启动第一个气动蝶阀从开度a至开度b，实现系统远程喷水，当火箭尾端越过喷嘴后，喷水到达发动机射流尾焰；两个气动蝶阀通过远程控制且控制时序根据不同火箭发射时序灵活装订。

4.如权利要求1或2所述的跟随火箭尾焰高位自动喷水降噪系统，其特征在于，所述供气系统采用在线方式为气动蝶阀供气。

5.如权利要求1或2所述的跟随火箭尾焰高位自动喷水降噪系统，其特征在于，所述供水系统包括降噪水箱及供水干管，水量通过两根供水干管供至发射工位综合管廊内，喷水管路从两处供水干管上引出，最终接至喷嘴。

6.如权利要求3所述的跟随火箭尾焰高位自动喷水降噪系统，其特征在于，所述供气系统采用在线方式为气动蝶阀供气。

7.如权利要求3所述的跟随火箭尾焰高位自动喷水降噪系统，其特征在于，所述供水系统包括降噪水箱及供水干管，水量通过两根供水干管供至发射工位综合管廊内，喷水管路从两处供水干管上引出，最终接至喷嘴。

8.如权利要求5所述的跟随火箭尾焰高位自动喷水降噪系统，其特征在于，所述喷水管路出地面后外部设置波纹管。

9.如权利要求5所述的跟随火箭尾焰高位自动喷水降噪系统，其特征在于，所述排水系统包括场坪排水和管路余水排水两部分；场坪排水利用位于发射工位周边截流沟，底部与垂直排水管连接，上面布置截流沟盖板，平时截流沟盖板覆盖截流沟，进入发射流程后撤收截留沟盖板，实现大流量喷水及时收集；管路余水排放利用排水管，通过控制排水管上的气动蝶阀排至地下综合管廊内的排水沟，进而排到发射场外侧低洼处。

10.如权利要求7所述的跟随火箭尾焰高位自动喷水降噪系统，其特征在于，所述排水系统包括场坪排水和管路余水排水两部分；场坪排水利用位于发射工位周边截流沟，底部与垂直排水管连接，上面布置截流沟盖板，平时截流沟盖板覆盖截流沟，进入发射流程后撤收截留沟盖板，实现大流量喷水及时收集；管路余水排放利用排水管，通过控制排水管上的气动蝶阀排至地下综合管廊内的排水沟，进而排到发射场外侧低洼处。

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