CN114813140A - 一种火箭发动机复杂管路试验装夹装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种火箭发动机复杂管路试验装夹装置，应用于大推力运载火箭发动机内部种类多、走向复杂和质量较轻的小导管路在试验过程中难以固定安装的场景。该装置包括了主体框架、管路入口位置调节系统、管路出口位置调节系统、传感器安装系统等。其中管路入/出口位置调节系统包括三方向的丝杠、滑块、可调手柄、管接头安装平台，管接头等；传感器安装系统包括固定底座、金属软管、传感器等；根据管路三维模型确定进出口之间的位置关系，通过旋转刻度手柄调节三个方向的丝杠、滑块组合的位置，能够保证管路的正确安装，内部不存在张紧应力的影响，保证试验的准确性和有效性；调节传感器系统的夹具位置，达到最好的测量效果。具有精度高、操作方便等特点，能够完成单空间管路、双空间管路、管夹位置等试验工作。

Description

一种火箭发动机复杂管路试验装夹装置及方法

技术领域

本发明涉及一种火箭发动机复杂管路试验装夹装置及方法，属于航空航天试验检测技术领域。

背景技术

随着我国航空航天领域的发展，对运载器运载能力的要求也逐渐提高。发动机做为火箭箭体的“心脏”，各种类型的复杂管路做为发动机的“血管”，分别在运载和服役过程中起着至关重要的作用。管路结构的种类较多且布置方式相对复杂，做为介质传输和能量传递的重要通道，而火箭发动机载流管路系统布局复杂且长期处于振动环境中，导致管路系统极易发生磨损、裂纹、断裂等故障问题。

目前针对发动机复杂管路的技术研究主要在两个方面：一方面是管路结构的仿真研究，利用现有软件对复杂管路进行处理，能够求解出管路的动态特性参数和响应分析等。但由于管路结构相对复杂性且数量较多，受到计算机处理效率的影响，工作量相对较大，故很难做到完全与实际工况相符，造成了仿真结果的不准确性；另一方面是停留在单一类型的管路试验研究，讨论了单根管路的响应问题和工作环境下的振动情况，其针对多类型管路走向、管夹影响、弹性边界的通用性较差，不能对其进行更为精确的优化设计。因此本发明可以为多种类型管路走向和随机布置方式的管路提供试验装夹功能，从而能够对管路进行精确、定量和高效的技术支撑。

发明内容

本发明解决的问题是：为了克服现有复杂管路试验装夹困难，提供了一种火箭发动机复杂管路试验装夹装置及方法。

本发明的技术解决方案是：

为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种火箭发动机复杂管路试验装夹装置，所述装置包括：主体框架、(X1、Y1、Z1)方向的调节手柄、丝杠、滑块，轴对称布置的(X2、Y2、Z2)方向的调节手柄、丝杠、滑块，接头螺栓、螺栓夹板、可调安装底座、整体底座、传感器、金属软管、软管安装板、复杂管路、螺纹管接头，其中，

所有所述零件都安装在主体框架内部，管路入口/出口位置分为上下两个独立调节系统，复杂管路两端螺纹管接头与所述系统连接，进行复杂管路的装夹；

所述该装置的管路入口位置调节系统上设置三个方向的独立调节手柄，其中：所述X1调节手柄带动所述X1丝杠进行转动，所述X1丝杠驱动所述X1滑块进行直线平移；所述Y1调节手柄带动所述Y1丝杠进行转动，所述 Y1丝杠驱动所述Y1滑块进行与上述垂直的直线平移；所述Z1调节手柄带动所述Z1丝杠进行转动，所述Z1丝杠驱动所述Z1滑块进行与上述两个垂直的直线移动；

所述该装置的管路出口位置调节系统上设置三个方向的独立调节手柄，其中：所述X2调节手柄带动所述X2丝杠进行转动，所述X2丝杠驱动X2 滑块进行直线平移；所述Y2调节手柄带动相对应的Y2丝杠进行转动，所述 Y2丝杠驱动相对应Y2滑块进行与上述垂直方向的直线平移；所述Z2调节手柄带动相对应的Z2丝杠进行转动，所述Z2丝杠驱动相对应Z2滑块进行与上述两个垂直方向的直线移动；

权利要求1所述的软管安装板安装在X2滑块上，其上部设有多个所述金属软管的安装孔，可根据空间管路的实际装夹位置进行调整，所述金属软管另一端可夹持所述传感器，对管路试验试验数据进行采集；

权利要求1所述复杂管路试验装夹装置的所述管路入口一端的螺纹管接头与所述的接头螺栓连接，所述接头螺栓被夹装在所述螺栓夹板中间，所述螺栓夹板与所述可调安装底座焊接，所述可调安装底座与所述整体底座进行螺栓方式紧固；

所述各轴调节手柄上具有刻度显示，转动圈数能够确定管路入/出口的具体移动距离，所述Z1调节手柄和Z2调节手柄能够对最终管接头位置进行微调整；

所述管路接头螺栓与所述螺栓夹板在安装过程中，能够满足管路入/出口在0°～90°之间的角度变化，所述可调安装底座上开有长圆孔，在与所述整体底座安装过程中，能够进行管路安装误差的调整；

一种火箭发动机复杂管路试验装夹方法，基于权利要求1所述的装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：通过所述装置能够对各种火箭发动机的复杂管路进行试验检测；

步骤二：由于火箭发动机内部管路布置方式相对复杂且结构种类较多，且在发动机上进行检测难度较大，需要利用步骤一进行特性检测，找到各种管路结构内部的固有属性和材料参数，以及各阶固有频率下的振型方式；

步骤三：首先量取所测管路各段具体长度，反推出管路入口的大致位置，并进行螺纹管接头与权利要求1所述的接头螺栓进行安装，进一步利用扭矩扳手的特定力矩要求进行夹紧；

步骤四：根据步骤三量取的管路各段长度和入口在装置中的位置，利用空间矩阵关系定律，推算出管路出口位置，通过对各方向调节手柄进行具体位置调整，进行螺纹管接头与权利要求1所述的接头螺栓进行安装，进一步利用扭矩扳手的特定力矩要求进行夹紧；

步骤五：在进行上述步骤基础上，进行金属软管与软管安装板的安装，并根据管路位置调整金属软管的走势，不能与管路发生干涉且分布均匀，金属软管另一侧装夹传感器且对准管路实体或管夹；

步骤六：根据实际管路的长度和管路并行数量，可适当增加传感器数量，保证试验数据测量的正确性与有效性。

与现有技术相比，本发明提供了一种一种火箭发动机复杂管路试验装夹装置，具备以下有益效果：

本发明提供了一种火箭发动机复杂管路试验装夹装置及方法，使用较为轻量化，试验安装拆卸便捷，运行效率高；

通过所发明发动机复杂管路试验装夹装置能够进行各类管路的试验研究，包括动态特性参数识别，固有频率和振型方式的确定等；

可以研究单根复杂管路、双根复杂管路、管夹安装特性和弹性边界等类型的试验研究；

整个装夹装置对比管路系统的质量相对较大，故所发明装置具有较高的稳定性和高精度特性；

调整不同管路尺寸，主要包括直径、壁厚、折弯角度和折弯半径等，能够利用该装置优化管路的参数。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种火箭发动机复杂管路试验装夹装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种管接头装夹方式结构示意图；

附图标记如下：

1、主体框架；2、X1调节手柄；3、X1丝杠；4、Y1调节手柄；5、X1 滑块；6、Y1丝杠；7、Y1滑块；8、Z1丝杠；9、Z1滑块；10、Z1调节手柄；11、管夹；12、管路；13、传感器；14、金属软管；15、软管安装板； 16、X2滑块；17、X2丝杠；18、X2调节手柄；19、Z2调节手柄；20、Y2 调节手柄；21、接头螺栓；22、螺纹管接头；23、螺栓夹板；24、可调安装底座；25、整体底座。

具体实施方式

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

下面将结合本发明实施例中的附图1，2，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

一种火箭发动机复杂管路试验装夹装置，如图1，2所示，包括主体框架 (1)、X1调节手柄(2)、X1丝杠(3)、Y1调节手柄(4)、X1滑块(5)、 Y1丝杠(6)、Y1滑块(7)、Z1丝杠(8)、Z1滑块(9)、Z1调节手柄(10)、管夹(11)、管路(12)、传感器(13)、金属软管(14)、软管安装板(15)、 X2滑块(16)、X2丝杠(17)、X2调节手柄(18)、Z2调节手柄(19)、Y2 调节手柄(20)、接头螺栓(21)、螺纹管接头(22)、螺栓夹板(23)、可调安装底座(24)、整体底座(25)。

所述所有零部件都安装在主体框架(1)内部，管路(12)入口/出口位置分为上下两个独立调节系统。

确定所述管路(12)的出入口相对位置，通过利用所述X1调节手柄(2) 带动所述X1丝杠(3)进行转动，所述X1丝杠(3)驱动所述X1滑块(5) 进行直线平移；

所述Y1调节手柄(4)带动所述Y1丝杠(6)进行转动，所述Y1丝杠 (6)驱动所述Y1滑块(7)进行与上述垂直方向的直线平移；

所述Z1调节手柄(10)带动所述Z1丝杠(8)进行转动，所述Z1丝杠 (8)驱动所述Z1滑块(9)进行与上述两个垂直方向的直线移动；

所述三个方向能够调节所述管路(12)入口具体位置。

通过量取管路(12)各段具体长度，反推出管路出口的大致位置，利用上述方式对管路出口位置独立调节系统进行调节；

所述X2调节手柄(18)带动所述X2丝杠(17)进行转动，所述X2丝杠(17)驱动X2滑块(16)进行直线平移；

所述Y2调节手柄(20)带动相对应的Y2丝杠进行转动，所述Y2丝杠驱动相对应Y2滑块进行与上述垂直方向的直线平移；

所述Z2调节手柄(19)带动相对应的Z2丝杠进行转动，所述Z2丝杠驱动相对应Z2滑块进行与上述两个垂直方向的直线移动；

分别利用管路入口/出口位置所述螺纹管接头(22)与权利要求1所述的接头螺栓(21)进行安装，进一步利用扭矩扳手的特定力矩要求进行夹紧。

所述管路入口/出口位置的螺纹管接头(22)与所述的接头螺栓(21)连接，所述接头螺栓(21)被夹装在所述螺栓夹板(23)中间，所述螺栓夹板 (23)与所述可调安装底座(24)焊接，所述可调安装底座(24)与所述整体底座(25)进行螺栓方式紧固；

在进行上述步骤基础上，进行金属软管(14)与软管安装板(15)的安装，并根据管路位置调整金属软管(14)的走势，不能与管路发生干涉且分布均匀，金属软管(14)另一侧装夹传感器(13)且对准管路实体或管夹(11)；

根据实际管路的长度和管路并行数量，可适当增加传感器(13)数量，保证试验数据测量的正确性与有效性。

需要说明的是，在本文中，诸如X1和X2之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

Claims (8)

1.一种用于火箭发动机复杂管路试验装夹装置，其特征在于，所述装置包括：主体框架、(X1、Y1、Z1)方向的调节手柄、丝杠、滑块，轴对称布置的(X2、Y2、Z2)方向的调节手柄、丝杠、滑块，接头螺栓、螺栓夹板、可调安装底座、整体底座、传感器、金属软管、软管安装板、管夹、复杂管路、螺纹管接头，其中，

所有所述零件都安装在主体框架内部，管路入口/出口位置分为上下两个独立调节系统，复杂管路两端螺纹管接头与所述系统连接，进行复杂管路的装夹。

2.所述该装置的管路入口位置调节系统上设置三个方向的独立调节手柄，其中：所述X1调节手柄带动所述X1丝杠进行转动，所述X1丝杠驱动所述X1滑块进行直线平移；所述Y1调节手柄带动所述Y1丝杠进行转动，所述Y1丝杠驱动所述Y1滑块进行与上述垂直的直线平移；所述Z1调节手柄带动所述Z1丝杠进行转动，所述Z1丝杠驱动所述Z1滑块进行与上述两个垂直的直线移动。

3.所述该装置的管路出口位置调节系统上设置三个方向的独立调节手柄，其中：所述X2调节手柄带动所述X2丝杠进行转动，所述X2丝杠驱动X2滑块进行直线平移；所述Y2调节手柄带动相对应的Y2丝杠进行转动，所述Y2丝杠驱动相对应Y2滑块进行与上述垂直方向的直线平移；所述Z2调节手柄带动相对应的Z2丝杠进行转动，所述Z2丝杠驱动相对应Z2滑块进行与上述两个垂直方向的直线移动。

4.权利要求1所述的软管安装板安装在X2滑块上，其上部设有多个所述金属软管的安装孔，可根据空间管路的实际装夹位置进行调整，所述金属软管另一端可夹持所述传感器，对管路试验试验数据进行采集。

5.权利要求1所述复杂管路试验装夹装置的所述管路入口一端的螺纹管接头与所述的接头螺栓连接，所述接头螺栓被夹装在所述螺栓夹板中间，所述螺栓夹板与所述可调安装底座焊接，所述可调安装底座与所述整体底座进行螺栓方式紧固。

6.所述各轴调节手柄上具有刻度显示，转动圈数能够确定管路入/出口的具体移动距离，所述Z1调节手柄和Z2调节手柄能够对最终管接头位置进行微调整。

7.所述管路接头螺栓与所述螺栓夹板在安装过程中，能够满足管路入/出口在0°～90°之间的角度变化，所述可调安装底座上开有长圆孔，在与所述整体底座安装过程中，能够进行管路安装误差的调整。

8.一种火箭发动机复杂管路试验装夹方法，基于权利要求1所述的装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：通过所述装置能够对各种火箭发动机的复杂管路进行试验检测；

步骤二：由于火箭发动机内部管路布置方式相对复杂且结构种类较多，且在发动机上进行检测难度较大，需要利用步骤一进行特性检测，找到各种管路结构内部的固有属性和材料参数，以及各阶固有频率下的振型方式；

步骤三：首先量取所测管路各段具体长度，反推出管路入口的大致位置，并进行螺纹管接头与权利要求1所述的接头螺栓进行安装，进一步利用扭矩扳手的特定力矩要求进行夹紧；

步骤四：根据步骤三量取的管路各段长度和入口在装置中的位置，利用空间矩阵关系定律，推算出管路出口位置，通过对各方向调节手柄进行具体位置调整，进行螺纹管接头与权利要求1所述的接头螺栓进行安装，进一步利用扭矩扳手的特定力矩要求进行夹紧；

步骤五：在进行上述步骤基础上，进行金属软管与软管安装板的安装，并根据管路位置调整金属软管的走势，不能与管路发生干涉且分布均匀，金属软管另一侧装夹传感器且对准管路实体或管夹；

步骤六：根据实际管路的长度和管路并行数量，可适当增加传感器数量，保证试验数据测量的正确性与有效性。

Images