CN114459767A - 一种火箭发动机低温供应系统特性模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种火箭发动机低温供应系统特性模拟方法，在低温供应系统的介质供应管路连接发动机管路，发动机管路入口安装阻性孔板、发动机模拟阀门以及测量传感器；采用阻性元件，利用快速压力变化模拟低温供应系统启动状态的惯性变化，通过延长供应时间，稳定供应参数，获取试验低温供应系统的稳态特性，结合时序控制获取参与点火试验前的低温供应系统特性，准确模拟低温供应系统的各个状态。本发明通过准确获得低温供应系统的各个状态，检测获得准确表征特性的惯性阻力系数、稳态流阻、温度的变化曲线，对理论模型进行校正，获得准确的数学模型。
Description
技术领域
本发明低温液体火箭发动机地面试验技术领域，尤其涉及一种火箭发动机低温供应系统特性模拟方法。
背景技术
液体火箭发动机试车台建成后，在正式投入使用前，面对不同的发动机试验任务需求，需要对供应系统特性进行评估，低温供应系统因其使用的特殊性，在温度保证、惯性流阻、稳态流阻等方面均需进行准确计算，以避免液体火箭发动机在点火启动过程中造成的供应不足导致试验失败。
以往试验系统建成后往往仅具备稳态流阻的参数特性，对系统的动态特性参数获取不全，不能准确提供试验低温供应系统的全部特性。
发明内容
为了更全面地获取低温供应系统的特性，本发明提供一种火箭发动机低温供应系统特性模拟方法，采用阻性元件，利用快速压力变化模拟低温供应系统启动状态的惯性变化，通过延长供应时间，稳定供应参数，获取试验低温供应系统的稳态特性，结合时序控制获取参与点火试验前的低温供应系统特性。
为达到上述目的，本发明提供了一种火箭发动机低温供应系统特性模拟方法，包括：
(1)低温供应系统的介质供应管路出口连接一段管路，一段管路入口安装阻性孔板和发动机模拟阀门，介质供应管路出口安装测量传感器；
(2)开启低温供应系统的氮气吹除控制阀门，对低温供应系统的管路以及发动机管路入口段进行氮气置换；
(3)开启低温供应系统的低温介质储罐箱底隔离阀，使得低温介质储罐内的低温介质充填至流量计前后；进行排气，使得低温供应系统的介质供应管路及低温供应系统出口温度在0.27MPa压力条件下不高于-173℃；
(4)开启低温供应系统的低温介质主隔离阀，使得低温介质经所述阻性孔板充填至所述发动机模拟阀前，关闭氮气吹除控制阀门；
(5)开启低温供应系统的增压阀门，对低温介质储罐增压，提升出口压力至发动机启动时压力；打开低温供应系统的温度控制阀进行大流量的低温介质排放，将低温供应系统的管路温度降低至发动机启动温度范围内；
(6)火箭发动机的测控系统启动，进入时序控制状态，按照时序控制指令控制发动机模拟阀门动作；低温介质在压力作用下加速动态通过所述阻性孔板，模拟发动机启动加速过程；发动机管路入口段的压力稳定后，进入稳定状态；关闭低温供应系统的增压阀门，关闭发动机模拟阀，模拟发动机模拟阀进口产生关闭的水击现象。
进一步地，发动机模拟阀门采用节流圈控制电磁阀的进气速率，调整发动机模拟阀门动作时序。
进一步地，步骤(1)中完成安装阻性孔板以及发动机模拟阀门后，确认测量传感器工作正常，能够按照时序控制指令控制发动机模拟阀门动作。
进一步地，模拟发动机启动加速过程中，获取发动机入口段的压力与流量，获得发动机启动加速过程中压力与流量的对应关系。
进一步地，所述测量传感器包括压力传感器和流量传感器。
进一步地，进入稳定状态后，压力传感器和流量传感器测量压力和流量，获得低温供应系统的稳态特性参数。
进一步地，模拟发动机模拟阀进口产生关闭的水击现象时，压力传感器测量低温供应系统出口水击压力，获得低温供应系统水击特性。
进一步地，根据压力和流量计算获得系统惯性阻力系数、稳态流阻。
进一步地，根据惯性阻力系数、稳态流阻的变化曲线，计算低温供应系统的理论模型的误差，并进行修正，获得修正后的理论模型。
进一步地，所述低温供应系统包括低温介质储罐、增压气体供应单元、增压阀门、气体管路、高纯氮气吹除控制阀门、介质供应管路、箱底隔离阀、流量计、低温介质主隔离阀以及温度控制阀；
所述低温介质储罐用于储存低温介质，所述增压气体供应单元经增压阀门向所述低温介质储罐增压，加速低温介质供应；气体管路安装高纯氮气吹除控制阀门，气体管路连接至介质供应管路，高纯氮气吹除控制阀门控制氮气置换；介质供应管路由低温介质储罐底部输出低温介质，沿低温介质供应方向依次安装箱底隔离阀、流量计、低温介质主隔离阀以及温度控制阀。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
(1)本发明火箭发动机低温供应系统特性模拟方法，采用阻性元件，利用快速压力变化模拟低温供应系统启动状态的惯性变化，通过延长供应时间，稳定供应参数，获取试验低温供应系统的稳态特性，结合时序控制获取参与点火试验前的低温供应系统特性，准确模拟低温供应系统的各个状态。
(2)本发明通过准确获得低温供应系统的各个状态，检测获得准确表征特性的惯性阻力系数、稳态流阻、温度的变化曲线，对理论模型进行校正，获得准确的数学模型。
附图说明
图1是火箭发动机低温供应系统特性模拟示意图；
图2火箭发动机低温供应系统特性模拟流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
该系统为在原有的低温推进剂供应系统出口安装特性模拟装置，阻性孔板7、发动机模拟阀门8以及测量传感器6，发动机模拟阀门采用气动控制阀。低温推进剂供应系统包括低温介质储罐1、箱底隔离阀2、低温介质主隔离阀3、高纯氮气吹除控制阀门4、温度控制阀5、增压阀门9、流量计10、增压气体供应单元、气体管路、介质供应管路。
结合图1，低温介质储罐1用于储存低温介质，增压气体供应单元经增压阀门9向低温介质储罐1增压，加速低温介质供应.气体管路安装高纯氮气吹除控制阀门4，气体管路连接至介质供应管路，高纯氮气吹除控制阀门4控制氮气置换；介质供应管路由低温介质储罐1底部输出低温介质，沿低温介质供应方向依次安装箱底隔离阀2、流量计10、低温介质主隔离阀3以及温度控制阀5。低温供应系统的介质供应管路连接发动机管路，发动机管路入口安装阻性孔板7、发动机模拟阀门8以及测量传感器6。
1)阻性孔板安装后，检查系统状态，确认传感器等低温测点安装到真实发动机状态时对接面安装位置，发动机模拟阀门8动作特性正常，发动机模拟阀门8的动作时间采用节流圈控制电磁阀的进气速率方式，控制在模拟动作时间范围内，测控系统就位。
在发动机模拟阀门与流量计之间安装阻性孔板，通过阻性孔板调整管道流量特性，降低流量计对入口直管段长度的要求。
2)打开高纯氮气吹除控制阀门4，对特性模拟装置模块进行氮气置换，消除系统内可能存在的水汽，避免系统在低温介质影响下导致的结冰等异常情况。
3)远程控制打开低温介质储罐箱底隔离阀2，低温介质缓慢充填至流量计10前后，依据系统预冷情况进行系统放气，保证预冷充分。使得低温供应系统的管路主管路高点及供应系统出口温度在0.27MPa(绝)压力条件下不高于-173℃。
4)打开低温供应系统的低温介质主隔离阀3，使低温介质充填至发动机模拟阀前8，关闭高纯氮气吹除控制阀门4，停止氮气吹除。
5)打开增压阀门9，对低温介质储罐1进行增压，提升系统压力至发动机启动时压力，打开泵前温度控制阀5进行大流量低温介质排放，将温度降低至发动机启动温度(-178～-180)℃范围内。
6)测控系统启动，系统转入时序控制状态，按指令打开发动机模拟阀门8，系统在压力的作用下加速动态通过阻性孔板，入口压力与流量在系统惯性制约下呈现特定规律，模拟发动机启动加速过程。
随着动态加速的消失，孔板进出口压力转为稳定状态，此时进入稳定状态，压力平稳，流量稳定，得到低温供应系统稳态特性参数。
关断容器增压阀门9，降低入口压力，快速关闭发动机模拟阀8，模拟阀8快速关闭后，因流体惯性，在模拟阀8进口产生关闭的水击现象，通过高频响压力传感器测量获得系统水击特性。
7)测控系统退出程序，记录试验过程数据，处理参数。
依据获取的参数进行低温供应系统惯性阻力系数、稳态流阻的实际状态对放液前的理论模型进行比对，分析产生差异原因，排出粗大误差，通过线性系数进行理论模型修正，获得系统计算调整依据的数学模型。惯性阻力系数计算方法为供应长度L、供应截面积A，利用调试获得的流量Q，进行流量微分，则:α×L/A×dQ/dt＝P1-P2，利用测量得到的推进剂储箱压力P1、发动机入口段压力P2和Q进行惯性阻力核算。L/A就是理论惯性阻力系数，最后通过修正系数α进行修正。稳态流阻为通用计算方法，为在额定流量状态下压力差，推进剂储箱压力P1+静液柱压力-发动机入口段压力P2。
综上所述，本发明涉及一种火箭发动机低温供应系统特性模拟方法，在低温供应系统的介质供应管路连接发动机管路，发动机管路入口安装阻性孔板、发动机模拟阀门以及测量传感器；采用阻性元件，利用快速压力变化模拟低温供应系统启动状态的惯性变化，通过延长供应时间，稳定供应参数，获取试验低温供应系统的稳态特性，结合时序控制获取参与点火试验前的低温供应系统特性，准确模拟低温供应系统的各个状态。本发明通过准确获得低温供应系统的各个状态，检测获得准确表征特性的惯性阻力系数、稳态流阻、温度的变化曲线，对理论模型进行校正，获得准确的数学模型。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种火箭发动机低温供应系统特性模拟方法，其特征在于，包括：
(1)低温供应系统的介质供应管路出口连接一段管路，一段管路入口安装阻性孔板和发动机模拟阀门，介质供应管路出口安装测量传感器；
(2)开启低温供应系统的氮气吹除控制阀门，对低温供应系统的管路以及发动机管路入口段进行氮气置换；
(3)开启低温供应系统的低温介质储罐箱底隔离阀，使得低温介质储罐内的低温介质充填至流量计前后；进行排气，使得低温供应系统的介质供应管路内部及低温供应系统出口温度在0.27MPa压力条件下不高于-173℃；
(4)开启低温供应系统的低温介质主隔离阀，使得低温介质经所述阻性孔板充填至所述发动机模拟阀前，关闭氮气吹除控制阀门；
(5)开启低温供应系统的增压阀门，对低温介质储罐增压，提升出口压力至发动机启动时压力；打开低温供应系统的温度控制阀进行大流量的低温介质排放，将低温供应系统的管路温度降低至发动机启动温度范围内；
(6)火箭发动机的测控系统启动，进入时序控制状态，按照时序控制指令控制发动机模拟阀门动作；低温介质在压力作用下加速动态通过所述阻性孔板，模拟发动机启动加速过程；发动机管路入口段的压力稳定后，进入稳定状态；关闭低温供应系统的增压阀门，关闭发动机模拟阀，模拟发动机模拟阀进口产生关闭的水击现象。
2.根据权利要求1所述的火箭发动机低温供应系统特性模拟方法，其特征在于，发动机模拟阀门采用节流圈控制电磁阀的进气速率，调整发动机模拟阀门动作时序。
3.根据权利要求1或2所述的火箭发动机低温供应系统特性模拟方法，其特征在于，步骤(1)中完成安装阻性孔板以及发动机模拟阀门后，确认测量传感器工作正常，能够按照时序控制指令控制发动机模拟阀门动作。
4.根据权利要求1或2所述的火箭发动机低温供应系统特性模拟方法，其特征在于，模拟发动机启动加速过程中，获取发动机入口段的压力与流量，获得发动机启动加速过程中压力与流量的对应关系。
5.根据权利要求4所述的火箭发动机低温供应系统特性模拟方法，其特征在于，所述测量传感器包括压力传感器和流量传感器。
6.根据权利要求5所述的火箭发动机低温供应系统特性模拟方法，其特征在于，进入稳定状态后，压力传感器和流量传感器测量压力和流量，获得低温供应系统的稳态特性参数。
7.根据权利要求6所述的火箭发动机低温供应系统特性模拟方法，其特征在于，模拟发动机模拟阀进口产生关闭的水击现象时，压力传感器测量低温供应系统出口水击压力，获得低温供应系统水击特性。
8.根据权利要求1或2所述的火箭发动机低温供应系统特性模拟方法，其特征在于，根据压力和流量计算获得系统惯性阻力系数、稳态流阻。
9.根据权利要求8所述的火箭发动机低温供应系统特性模拟方法，其特征在于，根据惯性阻力系数、稳态流阻的变化曲线，计算低温供应系统的理论模型的误差，并进行修正，获得修正后的理论模型。
10.根据权利要求1或2所述的火箭发动机低温供应系统特性模拟方法，其特征在于，所述低温供应系统包括低温介质储罐、增压气体供应单元、增压阀门、气体管路、高纯氮气吹除控制阀门、介质供应管路、箱底隔离阀、流量计、低温介质主隔离阀以及温度控制阀；
所述低温介质储罐用于储存低温介质，所述增压气体供应单元经增压阀门向所述低温介质储罐增压，加速低温介质供应；气体管路安装高纯氮气吹除控制阀门，气体管路连接至介质供应管路，高纯氮气吹除控制阀门控制氮气置换；介质供应管路由低温介质储罐底部输出低温介质，沿低温介质供应方向依次安装箱底隔离阀、流量计、低温介质主隔离阀以及温度控制阀。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20240314 Address after: Room 602, Jintong Building, No. 9 Guotai North Road, Zhangjiagang Economic and Technological Development Zone, Suzhou City, Jiangsu Province, 215638 Patentee after: Tianjin Tianbing Aerospace Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 100176 303, floor 3, building 18, yard 1, Desheng North Street, Yizhuang Economic and Technological Development Zone, Daxing District, Beijing Patentee before: Beijing Tianbing Technology Co.,Ltd. Country or region before: China |
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