CN114577463B - 一种栓式喷注器的可靠性评估方法 - Google Patents

一种栓式喷注器的可靠性评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种栓式喷注器的可靠性评估方法，解决现有栓式喷注器没有系统、规范的可靠性评估方法，也没有建立全寿命周期科学的测试流程，仅进行单一测试，存在可靠性较低的问题，或需通过大量热点火试验进行可靠性子样数积累、统计验证，存在验证成本高的问题。本发明方法依次对栓式喷注器通过洁净度检测、密封性检测、液流试验、力学环境检测、热循环试验、热真空试验、动作寿命试验和热点火鉴定试车，从而能够针对栓式喷注器可运动、喷注开度可调节的同轴装配结构特点，规范快速地完成全寿命周期内复杂工作环境的栓式喷注器运动特性、密封特性及寿命鉴定评估，快速实现栓式喷注器的高可靠性评估；同时降低了依靠大量热点火试验的验证成本。

Description

一种栓式喷注器的可靠性评估方法
技术领域
本发明属于液体火箭发动机领域，具体涉及一种栓式喷注器的可靠性评估方法。
背景技术
液体火箭发动机是运载火箭、航天器的主要动力装置。运载火箭主动力系统广泛采用栓式喷注器发动机。栓式喷注器发动机的两路推进剂通过栓式喷注器内不同的流道进入燃烧室实现燃烧。
栓式喷注器不同于常规固定面积喷注器，为一种可运动、喷注开度可调节的同轴装配体，装配精度及测试流程决定了栓式喷注器的运动、密封可靠性，尤其是零件加工精度、装配精度等。在栓式喷注器中，对于各零件加工尺寸、配合体系及密封状态等要求严格，关键部件之一可移动针阀的运动灵活性、稳定性和O形橡胶圈密封可靠性对于液体火箭发动机工作可靠性极为重要。
为了满足液体火箭发动机在复杂环境任务下的高可靠性要求，需对栓式喷注器进行测试。首先在喷注器内部存在两种推进剂流动，该两种推进剂能自燃，因此存在可调运动件的多处密封环节，随着开度的变小，对于内部微小通道需要确保内腔洁净无多余颗粒物。其次，在任务周期内的力、热、振动等复杂环境下的工作，栓式喷注器的运动部件的可靠性评定在液体火箭发动领域也是新的科学问题，需要一套规范的测试方法来评估产品实物结构。但是，目前国内没有建立一种栓式喷注器系统的可靠性测试方法，也没有针对全寿命周期制定科学的测试流程。通常其它产品仅或者仅进行了单一测试，例如气密性检查仅进行外漏率检测，而栓式喷注器既需要检测内部两种通道之间的气密性也要检测外漏气密性，监测标准要求也相对较高，或者，现有栓式喷注器直接依靠大量的热点火试验进行可靠性子样数积累、统计验证，存在验证测试成本较高等问题。目前国内关于栓式喷注器可靠性测试技术仍是空白，无法满足现有栓式喷注器发动机高可靠性要求。
发明内容
本发明的目的是解决解决现有栓式喷注器没有系统、规范的可靠性评估方法，也没有建立一种栓式喷注器全寿命周期科学的测试流程，仅进行单一测试，存在测试可靠性较低的问题，或者需通过大量热点火试验进行可靠性子样数积累、统计验证，存在验证试验成本高的问题，本发明通过大量的试验实践，建立和优化了一种按照特定的顺序，只需要少量的检测和试验即可完成栓式喷注器可靠性评估的方法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种栓式喷注器的可靠性评估方法，包括以下步骤：
步骤一、进行洁净度检测；
步骤二、进行密封性检测，检测不合格，则拆卸栓式喷注器并重新进行装配，返回步骤一；所述密封性检测依次包括气密性检测和氦质谱漏率检测；
步骤三、进行液流试验，用于获取栓式喷注器的额定喷注压降以及额定针阀位移；
步骤四、进行力学环境试验，试验结束再次进行密封性检测，密封性检测不合格，则拆卸栓式喷注器并重新进行装配，返回步骤一；所述力学环境试验包括加速度试验、冲击试验和振动试验；
步骤五、进行热循环试验，热循环试验不合格，则拆卸栓式喷注器并重新进行装配，返回步骤一；
步骤六、进行热真空试验；热真空试验不合格，则拆卸栓式喷注器并重新进行装配，返回步骤一；热真空试验合格则再次进行气密性检测；
步骤七、进行动作寿命试验，动作寿命试验不合格，则拆卸栓式喷注器并重新进行装配，返回步骤一；
步骤八、进行热点火鉴定试车，热点火鉴定试车不合格，则拆卸栓式喷注器并重新进行装配，返回步骤一；热点火鉴定试车合格，则完成可靠性评估。
进一步地，步骤一中，洁净度检测具体包括：采用0.4～0.6MPa的冲洗介质在线冲洗栓式喷注器内腔，若冲洗后的冲洗介质中粒子直径小于50μm，100ml冲洗介质所含11～50μm粒子数不超过100个，则洁净度满足要求，若洁净度不满足要求，则对栓式喷注器进行拆卸和清洗，并再次进行装配和洁净度检测，直至洁净度满足要求。
进一步地，步骤一中，冲洗介质为无水乙醇。
进一步地，所述气密性检测具体为：
分别在不同温度下，由第一入口通入正压氮气，采用气泡法或保压法检查栓式喷注器的密封性，若栓式喷注器没有渗漏或压力变化≤0.1MPa/5min，则气密性检测合格，若气密性检测不合格，则对栓式喷注器进行拆卸，重新进行装配，并返回步骤一，直至气密性检测满足要求；
所述氦质谱漏率检测具体为：
在室温下，由第一入口通入正压氦气检测栓式喷注器的外漏率，若栓式喷注器的外漏率不大于1×10-6Pa﹒m3/s，则氦质谱漏率检测合格，若氦质谱漏率检测不合格，则对栓式喷注器进行拆卸，重新进行装配，并返回步骤一，直至氦质谱漏率检测满足要求。
进一步地，所述步骤四中，对栓式喷注器进行力学环境试验具体过程如下：
4.a）加速度试验；
将栓式喷注器安装于振动试验台，按照液体火箭发动机总体设定的多个加速度环境工况分别进行试验考核，试验时栓式喷注器的加速度方向与飞行时相同，且施加在栓式喷注器质心上的加速度值等于试验加速度值；
4.b）冲击试验；
按照液体火箭发动机总体给定的冲击谱输入参数进行冲击试验，分别进行栓式喷注器三轴方向各三次的响应特性测量；
4.c）振动试验；
按照液体火箭发动机总体给定的鉴定级正弦振动、随机振动输入参数进行测试，扫描速率和试验时间根据任务要求确定。
进一步地，所述步骤五具体过程为，
对栓式喷注器进行不同温度下的N个热循环试验，N≥26，在进行第1个热循环与第N个热循环时，分别通入不同压力的气体进行针阀动作检查试验，并分别记录针阀的位移值，若第N个热循环与第1个热循环的针阀位移变化差值不大于5%额定针阀位移，则热循环试验合格，若热循环试验不合格，则对栓式喷注器进行拆卸，并重新进行装配，并返回步骤一，直至热循环试验满足要求。
进一步地，所述步骤五中，在第1个热循环与第N个热循环时，从第一入口依次通入0.7MPa、0.3MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、1.0MPa压力的气体进行针阀动作检查试验。
进一步地，所述步骤六具体过程为，对栓式喷注器进行热真空试验，共进行M次，M≥8，在第1个热真空试验与第M个热真空试验时，分别通入不同压力的气体进行针阀动作检查试验，并分别记录针阀的位移值，若第M个热真空试验与第1个热真空试验时针阀的位移变化差值不大于5%额定针阀位移，则热真空试验合格，若热真空试验不合格，则对栓式喷注器进行拆卸，并重新进行装配，并返回步骤一，直至热真空试验满足要求。
进一步地，所述步骤六中，在第1个热真空试验与第M个热真空试验，从第一入口依次通入0.7MPa、0.3MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7Mpa、1.0MPa压力的气体时进行针阀动作检查试验。
进一步地，所述步骤七具体包括，
7.1）从第一入口依次通入不同压力的气体使针阀运动为1个循环，针阀连续运动P个循环，随后进行液流试验，获取动作寿命试验后栓式喷注器的喷注压降以及针阀位移，若栓式喷注器的喷注压降变化不大于5%额定喷注压降，针阀位移变化不大于5%额定针阀位移，则动作寿命试验合格；若动作寿命试验不合格，则对栓式喷注器进行拆卸，并重新进行装配，并返回步骤一，直至动作寿命试验满足要求；
7.2）重复步骤7.1）K次，对栓式喷注器进行多个动作寿命试验。
与现有技术相比，本发明技术方案具有如下有益技术效果：
1.本发明栓式喷注器的可靠性评估方法能够针对栓式喷注器可运动、喷注开度可调节的同轴装配结构特点，规范快速地完成栓式喷注器运动特性、密封特性及寿命鉴定评估，快速实现栓式喷注器的高可靠性评估；同时，该方法降低了依靠大量热点火试验的验证成本，测试成本较低；此外，该方法大幅缩短了栓式喷注器发动机研制周期，提高了研发效率。
2.本发明方法填补了国内栓式喷注器发动机可靠性评估技术空白，涵盖了栓式喷注器的热、力学、真空等环境测试方法，比较系统规范地覆盖了使用任务剖面，测试覆盖性强，使得栓式喷注器全寿命周期内适应复杂工作环境的可靠性大幅提高，可靠性能够提高至99.8%。
附图说明
图1为现有栓式喷注器的剖视图；
图2为本发明方法中热循环试验的示意图；
图3为本发明方法中热真空试验的示意图。
附图标记：1-壳体，2-中心筒，3-针阀，4-弹簧，5-垫环，6-中心杆，7-自锁螺母，8-针栓头，9-O形橡胶密封圈，10-第一入口，11-第二入口。
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。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本发明的技术原理，目的并不是用来限制本发明的保护范围。
为了充分评估和鉴定栓式喷注器的可靠性，本发明提供一种栓式喷注器的可靠性评估方法，该方法保证了栓式喷注器运动特性（灵活性及寿命）、密封特性（高低温热循环、热真空循环）及弹簧-针阀系统动作寿命满足设计要求，已应用于多个工程型号产品研制。
图1所示为现有采用流量压力定位的可变推力同轴栓式喷注器，其主要由壳体1、中心筒2、针阀3、弹簧4、垫环5、中心杆6、自锁螺母7、针栓头8、O形橡胶密封圈9等组成。在非工作状态，针阀3在弹簧4预紧力的作用下处于限位位置；液体火箭发动机起动后，在喷前液压力与燃烧室压力作用下，针阀3克服弹簧力、胶圈摩擦力（通常忽略不计）及环境压力向上运动，一路推进剂由第一入口10经通道喷射进入燃烧室，另一路推进剂由第二入口11经通道进入燃烧室，两路推进剂撞击混合燃烧；推力室点火并达到稳态后，针阀3在喷前液压力、燃烧室压力、弹簧力与环境压力的综合作用下达到平衡状态；变推力过程中，上游推进剂流量调节后，喷前液压力和室压随之改变，针阀3原受力平衡状态失效，在弹簧4作用下上下运动达到新的平衡位置，从而实现喷注调节。上述可移动的针阀3实现运动并保持平衡，从而保证两路推进剂流动和喷注、燃烧，栓式喷注器结构在全寿命周期内工作可靠。
上述栓式喷注器通过多个O形橡胶圈实现针阀3与壳体1、中心筒2的两路推进剂流路密封，流量调节过程中，针阀3依靠高精度流量压力调节来保持两路喷注压降稳定，从而实现推力/流量变化过程中栓式喷注器可靠稳定工作。
本发明针对栓式喷注器工作特点，提供了一套鉴定试验步骤及合格判据标准，包括洁净度检测、密封性检测、力学环境检测（冲击、随机、正弦试验）、热循环试验、热真空试验、动作寿命试验及热点火鉴定试车，其有效解决了栓式喷注器的高可靠性评估难题。通过该方法可有效鉴定栓式喷注器各种复杂任务剖面环境下的密封性能、运动重复性及弹簧-针阀系统动作寿命等，确保栓式喷注器可靠使用。
本发明栓式喷注器的可靠性评估方法结合液体火箭发动机试车或飞行任务剖面，鉴定评估方法覆盖了栓式喷注器全寿命任务流程，即装配后，进行洁净度检测、密封性检测等，交付后经历发射时的力学环境检测，再后进入深冷真空经历热循环与热真空环境，其间完成栓式喷注器点火燃烧、液体火箭发动机提供不同推力的工作任务。具体的，本发明提供的栓式喷注器的可靠性评估方法包括以下步骤：
步骤一、洁净度检测
完成栓式喷注器装配后，对栓式喷注器内腔进行洁净度检测；具体可采用洁净度试验台（过滤精度2μm）和液体激光粒子计数器系统进行，采用0.4～0.6MPa的无水乙醇在线冲洗栓式喷注器内腔，对冲洗后的无水乙醇进行检测，若冲洗后的无水乙醇中粒子直径小于50μm，100ml无水乙醇所含11～50μm粒子数不超过100个，则洁净度满足要求，若洁净度不满足要求，则对栓式喷注器进行拆卸和清洗，并再次进行装配和洁净度检测，直至洁净度满足要求；
步骤二、密封性检测
密封性检测的目的是检查栓式喷注器在不同温度条件下的密封性及漏率情况，具体如下：
2.1）气密性检测
分别在室温、0℃、-5℃、＋80℃下，允许低温下限、高温上限根据任务环境要求给定，由第一入口通入2.0MPa氮气，采用气泡法或保压法检查O形橡胶密封圈密封性，若栓式喷注器没有渗漏或压力变化≤0.1MPa/5min，则气密性检测合格，若气密性检测不合格，则对栓式喷注器进行拆卸，并重新进行装配，并返回步骤一，直至气密性检测满足要求；
2.2）氦质谱漏率检测
在室温下，由第一入口通入2.0MPa正压氦气检测栓式喷注器的外漏率，若栓式喷注器外漏率不大于1×10-6Pa﹒m3/s，则氦质谱漏率检测合格，若氦质谱漏率检测不合格，则对栓式喷注器进行拆卸，并重新进行装配，并返回步骤一，直至氦质谱漏率检测满足要求；
步骤三、液流试验
对栓式喷注器进行液流试验，获取栓式喷注器的额定喷注压降以及额定针阀位移；
步骤四、力学环境检测
4.1）对栓式喷注器依次进行加速度试验、冲击试验和振动试验；
4.11）加速度试验；
将栓式喷注器安装于振动试验台，按照液体火箭发动机总体给定的多个加速度环境工况，分别进行试验考核，试验时间和加载速率视任务要求具体确定，试验时栓式喷注器经受的加速度方向应与飞行时相同，且施加在栓式喷注器质心上的加速度值等于试验加速度值；
4.12）冲击试验；
按照液体火箭发动机总体给定的冲击谱输入参数进行，分别进行栓式喷注器三轴方向各三次的响应特性测量；
4.13）振动（正弦、随机）试验
按照液体火箭发动机总体给定的鉴定级正弦振动、随机振动输入参数进行，扫描速率和试验时间视任务要求具体确定；
4.2）对栓式喷注器再次进行密封性检测，密封性检测合格后进行液流试验，获取力学环境检测后栓式喷注器的喷注压降以及针阀位移，并将该喷注压降、针阀位移与步骤三中的额定喷注压降以及额定针阀位移进行对比，若栓式喷注器的喷注压降变化不大于5%额定喷注压降，针阀位移变化不大于5%额定针阀位移，则力学环境检测合格，产品结构无破坏，若力学环境检测不合格，则对栓式喷注器进行拆卸，并重新进行装配，并返回步骤一，直至力学环境检测满足要求；
步骤五、热循环试验
热循环试验的目的是验证栓式喷注器在鉴定级热循环应力环境下的工作适应性并能经受住热循环环境后可靠工作，具体如下：
如图2所示，对栓式喷注器进行不同温度下的N个热循环试验，N≥26，在第1个热循环与第N个热循环时，分别通入不同压力的气体进行针阀动作检查试验，例如，从第一入口依次通入0.7MPa、0.3MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、1.0MPa压力（绝压）的气体，并分别记录针阀的位移值，若第N个热循环与第1个热循环的针阀位移变化差值不大于5%额定针阀位移，则热循环试验合格，若热循环试验不合格，则对栓式喷注器进行拆卸，并重新进行装配，并返回步骤一，直至热循环试验满足要求；
热循环试验的试验条件为：正常环境压力；热循环试验温度范围为：高温＋80℃、低温-5℃；试验中的温度平均升降速率为3～5℃／min；温度容差要求低温温度容差为0～-4℃，高温温度容差为0～+4℃；试验持续时间容差为：0～10％；
步骤六、热真空试验
热真空试验的目的是检查栓式喷注器在鉴定级热真空环境下的工作能力，并能经受住热真空环境后可靠工作，具体如下：
如图3所示，热真空试验的试验条件：试验压力≤6.65×10－3Pa；对栓式喷注器进行热真空试验，共进行至少M次，M≥8，在第1个热真空试验与第M个热真空试验时，分别通入不同压力的气体，例如，从第一入口依次通入0.7MPa、0.3MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、1.0MPa压力（绝压）的气体进行针阀动作检查试验，分别记录针阀的位移值，若第M个热真空试验与第1个热真空试验时针阀的位移变化差值不大于5%额定针阀位移，则热真空试验合格，若热真空试验不合格，则对栓式喷注器进行拆卸，并重新进行装配，并返回步骤一，直至热真空试验满足要求；
热真空试验过程中，在第1个热真空试验与第M个热真空试验时进行针阀运动位移测量及动作灵活性检查，记录压力变化情况和针阀位移；试验过程中针阀应不出现卡死或卡滞，第M个热真空试验（高温位移、低温位移测量）及恢复室温后各加压稳定段与第一个热真空试验之前的相应位移值散差不大于0.05mm，最后对栓式喷注器进行气密性检测；
步骤七、动作寿命试验
7.1）动作寿命试验的目的是充分考核栓式喷注器针阀运动和工作次数条件下结构可靠性和数据稳定性，具体如下：从第一入口依次通入0.3MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、1.0MPa、0.7MPa、0.6MPa、0.5MPa、0.3MPa压力（绝压），使针阀运动为1个循环，记录针阀的位移；针阀连续运动P个循环后，P≥10，进行密封性试验，分解检查零件各配合面表面状态情况；分解检查各零件各配合表面状态时，10倍放大检查镀层，不允许出现起泡、剥落或脱皮；试验过程中针阀不应出现卡死或卡滞，各加压稳定段相应位移值散差不大于5%额定值；寿命试验后液流试验喷注压降及位移散差要求符合不大于5%额定值，若动作寿命试验不合格，则对栓式喷注器进行拆卸，并重新进行装配，并返回步骤一，直至动作寿命试验满足要求；
7.2）重复上述步骤各K次以上，K≥10，即针阀运动次数最低不少于100次，对栓式喷注器进行100次动作寿命试验；
步骤八、热点火鉴定试车
步骤八的目的是考核栓式喷注器鉴定试验后的真实热点火工作下的结构可靠性和性能，该步骤具体如下：根据液体火箭发动机可靠性大纲要求，根据系统可靠性指标分配，完成可靠性点火考核，工作时间由具体任务确定；试验合格判据：栓式喷注器结构可靠，密封性合格，变推力下针阀运动灵活，进回程位移一致，若热点火鉴定试车不合格，则对栓式喷注器进行拆卸，并重新进行装配，并返回步骤一，直至热点火鉴定试车满足要求。
上述方法中，根据O形橡胶密封圈材料和压缩量设计，允许密封性试验中气密检测压力和热循环试验中高低温温度可以适当调整。

Claims (7)

1.一种栓式喷注器的可靠性评估方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
步骤一、进行洁净度检测；
步骤二、进行密封性检测，检测不合格，则拆卸栓式喷注器并重新进行装配，返回步骤一；所述密封性检测依次包括气密性检测和氦质谱漏率检测；
步骤三、进行液流试验，用于获取栓式喷注器的额定喷注压降以及额定针阀位移；
步骤四、进行力学环境试验，试验结束再次进行密封性检测，密封性检测不合格，则拆卸栓式喷注器并重新进行装配，返回步骤一；所述力学环境试验包括加速度试验、冲击试验和振动试验；
步骤五、进行不同温度下的N个热循环试验，N≥26，在进行第1个热循环与第N个热循环时，分别通入不同压力的气体进行针阀动作检查试验，并分别记录针阀的位移值，若第N个热循环与第1个热循环的针阀位移变化差值不大于5%额定针阀位移，则热循环试验合格，若热循环试验不合格，则对栓式喷注器进行拆卸，并重新进行装配，并返回步骤一，直至热循环试验满足要求；
步骤六、进行热真空试验，共进行M次，M≥8，在第1个热真空试验与第M个热真空试验时，分别通入不同压力的气体进行针阀动作检查试验，并分别记录针阀的位移值，若第M个热真空试验与第1个热真空试验时针阀的位移变化差值不大于5%额定针阀位移，则热真空试验合格，若热真空试验不合格，则对栓式喷注器进行拆卸，并重新进行装配，并返回步骤一，直至热真空试验满足要求；热真空试验合格则再次进行气密性检测；
步骤七、进行动作寿命试验；
7.1）从第一入口依次通入不同压力的气体使针阀运动为1个循环，针阀连续运动P个循环，随后进行液流试验，获取动作寿命试验后栓式喷注器的喷注压降以及针阀位移，若栓式喷注器的喷注压降变化不大于5%额定喷注压降，针阀位移变化不大于5%额定针阀位移，则动作寿命试验合格；若动作寿命试验不合格，则对栓式喷注器进行拆卸，并重新进行装配，并返回步骤一，直至动作寿命试验满足要求；
7.2）重复步骤7.1）K次，对栓式喷注器进行多个动作寿命试验；
步骤八、进行热点火鉴定试车，热点火鉴定试车不合格，则拆卸栓式喷注器并重新进行装配，返回步骤一；热点火鉴定试车合格，则完成可靠性评估。
2.根据权利要求1所述的栓式喷注器的可靠性评估方法，其特征在于，步骤一中，洁净度检测具体包括：采用0.4～0.6MPa的冲洗介质在线冲洗栓式喷注器内腔，若冲洗后的冲洗介质中粒子直径小于50μm，100ml冲洗介质所含11～50μm粒子数不超过100个，则洁净度满足要求，若洁净度不满足要求，则对栓式喷注器进行拆卸和清洗，并再次进行装配和洁净度检测，直至洁净度满足要求。
3.根据权利要求2所述的栓式喷注器的可靠性评估方法，其特征在于：步骤一中，冲洗介质为无水乙醇。
4.根据权利要求1或2或3所述的栓式喷注器的可靠性评估方法，其特征在于，所述气密性检测具体为：
分别在不同温度下，由第一入口通入正压氮气，采用气泡法或保压法检查栓式喷注器的密封性，若栓式喷注器没有渗漏或压力变化≤0.1MPa/5min，则气密性检测合格，若气密性检测不合格，则对栓式喷注器进行拆卸，重新进行装配，并返回步骤一，直至气密性检测满足要求；
所述氦质谱漏率检测具体为：
在室温下，由第一入口通入正压氦气检测栓式喷注器的外漏率，若栓式喷注器的外漏率不大于1×10-6Pa﹒m3/s，则氦质谱漏率检测合格，若氦质谱漏率检测不合格，则对栓式喷注器进行拆卸，重新进行装配，并返回步骤一，直至氦质谱漏率检测满足要求。
5.根据权利要求4所述的栓式喷注器的可靠性评估方法，其特征在于：所述步骤四中，对栓式喷注器进行力学环境试验具体过程如下：
4.a）加速度试验；
将栓式喷注器安装于振动试验台，按照液体火箭发动机总体设定的多个加速度环境工况分别进行试验考核，试验时栓式喷注器的加速度方向与飞行时相同，且施加在栓式喷注器质心上的加速度值等于试验加速度值；
4.b）冲击试验；
按照液体火箭发动机总体给定的冲击谱输入参数进行冲击试验，分别进行栓式喷注器三轴方向各三次的响应特性测量；
4.c）振动试验；
按照液体火箭发动机总体给定的鉴定级正弦振动、随机振动输入参数进行测试，扫描速率和试验时间根据任务要求确定。
6.根据权利要求1所述的栓式喷注器的可靠性评估方法，其特征在于：所述步骤五中，在第1个热循环与第N个热循环时，从第一入口依次通入0.7MPa、0.3MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、1.0MPa压力的气体进行针阀动作检查试验。
7.根据权利要求1所述的栓式喷注器的可靠性评估方法，其特征在于：所述步骤六中，在第1个热真空试验与第M个热真空试验，从第一入口依次通入0.7MPa、0.3MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7Mpa、1.0MPa压力的气体时进行针阀动作检查试验。
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Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU57903U1 (ru) * 2006-05-17 2006-10-27 Государственное образовательное учреждение Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева Установка для испытания материалов и покрытий
CN101275529A (zh) * 2008-03-25 2008-10-01 宋玉堂 船用柴油机喷油器试验台及喷油器试验方法
CN103134675A (zh) * 2013-02-06 2013-06-05 珠海保税区摩天宇航空发动机维修有限公司 一种发动机轴承润滑油喷嘴的测试装置
CN103792076A (zh) * 2014-01-17 2014-05-14 昆明理工大学 一种受热零部件热冲击和热疲劳的模拟试验台
CN103890343A (zh) * 2011-08-12 2014-06-25 麦卡利斯特技术有限责任公司 用于改进的发动机冷却及能量产生的系统和方法
CN204286771U (zh) * 2014-12-16 2015-04-22 绵阳富临精工机械股份有限公司 一种发动机活塞冷却喷嘴耐久性能模拟测试系统
CN105136436A (zh) * 2015-07-29 2015-12-09 东风汽车股份有限公司 喷油器密封环可靠性测试装置及方法
CN105927446A (zh) * 2016-06-21 2016-09-07 江苏大学 基于可视化方法测量柴油机喷油器针阀运动规律的方法和装置
CN106199408A (zh) * 2016-06-28 2016-12-07 哈尔滨工程大学 共轨喷油器高速电磁阀动态响应特性试验装置
JP2017203395A (ja) * 2016-05-10 2017-11-16 株式会社デンソー 燃料噴射装置
CN107607325A (zh) * 2017-09-04 2018-01-19 西安航天动力研究所 针拴式喷注器变推力发动机系统工况调整方法
CN109632322A (zh) * 2018-12-13 2019-04-16 西安航天动力研究所 一种用于喷嘴流量检测的自动试验系统及试验方法
CN109668737A (zh) * 2019-01-23 2019-04-23 北京星际荣耀空间科技有限公司 一种火箭发动机喷注器液流试验系统
CN208984298U (zh) * 2018-10-22 2019-06-14 德尔福（上海）动力推进系统有限公司 一种用于检测喷油器芯筒焊缝的氦气检测装置
CN111894781A (zh) * 2020-06-30 2020-11-06 中国北方发动机研究所(天津) 一种判断针阀最大升程的试验方法
CN112213097A (zh) * 2020-10-12 2021-01-12 江苏深蓝航天有限公司 一种针栓式喷注器的针阀液流试验装置
CN113532746A (zh) * 2021-07-09 2021-10-22 湖北三江航天红林探控有限公司 一种喷注器毛细管液流及气密测试装置
CN113653572A (zh) * 2021-10-18 2021-11-16 西安空天引擎科技有限公司 一种变推力火箭发动机用针阀喷注器

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU57903U1 (ru) * 2006-05-17 2006-10-27 Государственное образовательное учреждение Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева Установка для испытания материалов и покрытий
CN101275529A (zh) * 2008-03-25 2008-10-01 宋玉堂 船用柴油机喷油器试验台及喷油器试验方法
CN103890343A (zh) * 2011-08-12 2014-06-25 麦卡利斯特技术有限责任公司 用于改进的发动机冷却及能量产生的系统和方法
CN103134675A (zh) * 2013-02-06 2013-06-05 珠海保税区摩天宇航空发动机维修有限公司 一种发动机轴承润滑油喷嘴的测试装置
CN103792076A (zh) * 2014-01-17 2014-05-14 昆明理工大学 一种受热零部件热冲击和热疲劳的模拟试验台
CN204286771U (zh) * 2014-12-16 2015-04-22 绵阳富临精工机械股份有限公司 一种发动机活塞冷却喷嘴耐久性能模拟测试系统
CN105136436A (zh) * 2015-07-29 2015-12-09 东风汽车股份有限公司 喷油器密封环可靠性测试装置及方法
JP2017203395A (ja) * 2016-05-10 2017-11-16 株式会社デンソー 燃料噴射装置
CN105927446A (zh) * 2016-06-21 2016-09-07 江苏大学 基于可视化方法测量柴油机喷油器针阀运动规律的方法和装置
CN106199408A (zh) * 2016-06-28 2016-12-07 哈尔滨工程大学 共轨喷油器高速电磁阀动态响应特性试验装置
CN107607325A (zh) * 2017-09-04 2018-01-19 西安航天动力研究所 针拴式喷注器变推力发动机系统工况调整方法
CN208984298U (zh) * 2018-10-22 2019-06-14 德尔福（上海）动力推进系统有限公司 一种用于检测喷油器芯筒焊缝的氦气检测装置
CN109632322A (zh) * 2018-12-13 2019-04-16 西安航天动力研究所 一种用于喷嘴流量检测的自动试验系统及试验方法
CN109668737A (zh) * 2019-01-23 2019-04-23 北京星际荣耀空间科技有限公司 一种火箭发动机喷注器液流试验系统
CN111894781A (zh) * 2020-06-30 2020-11-06 中国北方发动机研究所(天津) 一种判断针阀最大升程的试验方法
CN112213097A (zh) * 2020-10-12 2021-01-12 江苏深蓝航天有限公司 一种针栓式喷注器的针阀液流试验装置
CN113532746A (zh) * 2021-07-09 2021-10-22 湖北三江航天红林探控有限公司 一种喷注器毛细管液流及气密测试装置
CN113653572A (zh) * 2021-10-18 2021-11-16 西安空天引擎科技有限公司 一种变推力火箭发动机用针阀喷注器

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Experimental investigation of thermal effect on cavitation characteristics in a liquid rocket engine turbopump inducer;Wang, CM;《CHINESE JOURNAL OF AERONAUTICS 》;20210831;全文 *
Failure analysis of a truck diesel engine injector nozzle-valve;Xu, XL;《ENGINEERING FAILURE ANALYSIS》;20210228;全文 *
气体机喷嘴阀疲劳寿命与可靠性研究;殷霖千;《中国优秀硕士学位论文全文库 工程科技Ⅱ辑》;20161212;全文 *
静态SHS陶瓷内衬复合喷嘴的抗热疲劳性能研究;闫红彦 等;《河南科技大学学报(自然科学版)》;20080215;全文 *
高压共轨燃油喷射系统中喷油器的仿真与实验研究;张建明 等;《系统仿真学报》;20060105;全文 *
高室压快响应栓式喷注器发动机技术研究;凌前程 等;《第六届空天动力联合会议暨中国航天第三专业信息网第四十二届技术交流会暨2021航空发动机技术发展高层论坛论文集（第三册）》;20211221;全文 *

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