CN116577111B - 一种试验件动态特性试验系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种试验件动态特性试验系统和方法，涉及火箭发动机技术领域，以解决目前对流量调节器的试验仅是静态特性的研究，缺少动态特性试验，无法减少或避免流量调节器影响发动机系统稳定性的问题。该试验件动态特性试验系统包括：连通的激励路和试验路。试验路包括依次连通的声学闭端装置、试验件、模拟燃气发生器喷注器节流圈、第一节流圈和试验路阀门。激励路包括依次连通的激励路节流圈、激励路阀门和脉动发生器，激励路位于声学闭端装置和试验路阀门之间。多个采集件分别设置于试验件的两侧和激励路节流圈的两侧，采集件用于采集试验过程中试验件的两侧和激励路节流圈的两侧的测点信息，以根据测点信息确定试验件的幅频特性和相频特性。

Description

一种试验件动态特性试验系统和方法
技术领域
本发明涉及火箭发动机技术领域，尤其涉及一种试验件动态特性试验系统和方法。
背景技术
流量调节器是液氧/煤油补燃循环发动机稳定和调节推力的关键组件，用于使液体火箭发动机的工况能保持给定的精度或按一定的规律变化。流量调节器的静态、动态特性直接影响发动机工作过程和稳定性。
但是，目前对流量调节器的试验仅是静态特性的研究，缺少动态特性试验。因此，无法减少或避免流量调节器影响发动机系统的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种试验件动态特性试验系统和方法，用于对流量调节器进行动态特性试验，以减少或避免流量调节器影响发动机系统的稳定性。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种试验件动态特性试验系统。该试验件动态特性试验系统包括：连通的激励路和试验路。试验路包括通过管道依次连通的声学闭端装置、试验件、模拟燃气发生器喷注器节流圈、第一节流圈和试验路阀门。激励路包括通过管道依次连通的激励路节流圈、激励路阀门和脉动发生器。激励路节流圈通过管道与试验路连通，激励路位于声学闭端装置和试验路阀门之间。多个采集件分别设置于试验件的两侧和激励路节流圈的两侧，采集件用于采集试验过程中试验件的两侧和激励路节流圈的两侧的测点信息，以根据测点信息确定试验件的幅频特性和相频特性。
下面以试验件是流量调节器为例进行描述，应理解，以下描述仅用于理解，不用于具体限定。与现有技术相比，本发明提供的试验件动态特性试验系统，通过利用试验路所包括的声学闭端装置，可以模拟真实发动机的燃料二级泵出口边界。此时，可以提高试验的真实性和准确性。进一步地，利用上述激励路可以产生压力脉动，具体的，通过激励路引入特性频率范围的脉动压力扰动，以模拟发动机工作过程中试验件上下游其它组件所产生的脉动压力扰动。此时，更加贴近实际发动机工况，进而使试验数据更可靠，进一步提高了试验的真实性和准确性。基于此，利用上述试验件动态特性试验系统可以对流量调节器进行动态特性试验，通过分析获得的试验件的幅频特性和相频特性，可以减少或避免试验件影响发动机系统的稳定性，进而节省发动机方案迭代时间。
第二方面，本发明还提供了一种试验件动态特性试验方法，应用上述技术方案所述的试验件动态特性试验系统。
上述试验件动态特性试验方法包括：
向试验路中通入流体，流体通过声学闭端装置进入试验路；
设置脉动发生器，以模拟燃烧装置的激励边界。
采集试验过程中试验件的两侧和激励路节流圈的两侧的测点信息；
根据测点信息，确定试验件的幅频特性和相频特性。
本发明中第二方面及其各种实现方式的有益效果，可以参考第一方面及其各种实现方式中的有益效果，此处不再赘述。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明提供的试验件动态特性试验系统的结构示意图。
附图标记：
10-声学闭端装置， 11-试验件，
12-模拟燃气发生器喷注器节流圈， 13-第一节流圈，
14-试验路阀门， 20-激励路节流圈，
21-激励路阀门， 22-脉动发生器，
30-激励排放路节流圈， 31-激励排放路阀门，
40-第二节流圈， 41-支路阀门。
具体实施方式
为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项（个）”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项（个）或复数项（个）的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项（个），可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种试验件动态特性试验系统。参见图1，该试验件动态特性试验系统可以包括：连通的激励路和试验路。试验路包括通过管道依次连通的声学闭端装置10、试验件11、模拟燃气发生器喷注器节流圈12、第一节流圈13和试验路阀门14。激励路包括通过管道依次连通的激励路节流圈20、激励路阀门21和脉动发生器22。激励路节流圈20通过管道与试验路连通，激励路位于声学闭端装置10和试验路阀门14之间。多个采集件分别设置于试验件11的两侧和激励路节流圈20的两侧，采集件用于采集试验过程中试验件11的两侧和激励路节流圈的两侧的测点信息，以根据测点信息确定试验件11的幅频特性和相频特性。
参见图1，上述试验件可以是流量调节器，也可以是其他构件。下面以试验件是流量调节器为例进行描述，应理解，以下描述仅用于理解，不用于具体限定。进一步地，上述声学闭端装置10、模拟燃气发生器喷注器节流圈12、第一节流圈13、试验路阀门14、激励路节流圈20、激励路阀门21和脉动发生器22均可以参见现有技术，在此不做具体限定。再进一步地，上述采集件一般是脉动压力传感器和压力传感器，至于传感器的具体型号等可以根据实际情况进行选择，在此不做具体限定。此外，上述试验件动态特性试验系统还可以包括贮箱，用于存储试验所用的流体。上述声学闭端装置10、模拟燃气发生器喷注器节流圈12、第一节流圈13、试验路阀门14、激励路节流圈20、激励路阀门21、脉动发生器22、试验件11和贮箱等共同工作，以模拟试验件11的工作环境。
参见图1，上述多个采集件分别设置在试验件11的两侧和激励路节流圈20的两侧的测点处，示例性的，上述测点可以是图1中的P1、P2、P3、P4、ΔP1、ΔP2、ΔP3和ΔP4。其中，P1、P2、P3和P4是压力测点，ΔP1、ΔP2、ΔP3和ΔP4是脉动压力测点。在P1、P2、P3和P4处设置压力传感器，在ΔP1、ΔP2、ΔP3和ΔP4处设置脉动压力传感器。利用上述采集件测量试验过程中各测点的压力时域信号和脉动压力时域信号，根据各测点压力时域信号确定流量调节器对上下游脉动压力的抑制作用。同时，根据脉动压力测点ΔP1、ΔP2、ΔP3和ΔP4可以分析出流量调节器的幅频特性和相频特性。
参见图1，本发明实施例提供的试验件动态特性试验系统，通过利用试验路所包括的声学闭端装置10，可以模拟真实发动机的燃料二级泵出口边界。此时，可以提高试验的真实性和准确性。进一步地，利用上述激励路可以产生压力脉动，具体的，通过激励路引入特性频率范围的脉动压力扰动，以模拟发动机工作过程中试验件11上下游其它组件所产生的脉动压力扰动。此时，更加贴近实际发动机工况，进而使试验数据更可靠，进一步提高了试验的真实性和准确性。基于此，利用上述试验件动态特性试验系统可以对流量调节器进行动态特性试验，通过分析获得的试验件11的幅频特性和相频特性，可以减少或避免试验件11影响发动机系统的稳定性，进而节省发动机方案迭代时间。应理解，上述分析获得的试验件11的幅频特性和相频特性的具体方法步骤，可以参见现有技术，在此不做详细描述。
在本发明实施例中，上述声学闭端装置10和试验件11之间可以采用真实的管路系统连接，试验件11和模拟燃气发生器喷注器节流圈12之间可以采用点火导管模拟件。
上述激励路与试验路的相对位置有两种可能的实现情况，下面以这两种情况为例进行描述，应理解，以下描述仅用于理解，不用于具体限定。
示例一：激励路位于模拟燃气发生器喷注器节流圈12和第一节流圈13之间。
此时，在模拟燃气发生器喷注器节流圈12后出口接入激励路（即接入脉动发生器22）以产生压力脉动，模拟燃烧装置的中低频的激励边界以及模拟真实发动机燃气发生器燃烧产生的压力脉动，进而保证流量调节器所在系统与实际发动机基本一致或一致。基于此，利用上述试验件动态特性试验系统不仅可以对流量调节器进行动态特性试验，以减少或避免试验件11影响发动机系统的稳定性。同时，还可以提高试验的真实性和准确性。进一步地，由于上述激励路位于试验件11的入口处。因此，在实际试验过程中，可以检测到试验件11前面的响应情况，即，看试验件11前面的幅值等。再进一步地，在实际试验时，声学闭端装置10位于试验件11和入口之间。
示例二：激励路位于声学闭端装置10和试验件11之间。
由于上述激励路位于试验件11的出口处，因此，在实际试验过程中，可以检测到试验件11后面的响应情况，即看试验件11后面的幅值等。
综上所述，在示例一和示例二中，根据激励路设置位置的不同，可以检测出试验件11对不同方向激励的抗干扰能力，扩大了试验件动态特性试验系统的适用范围，增加了其应用场景。
作为一种可能的实现方式，参见图1，上述试验件动态特性试验系统还可以包括：激励排放路。激励排放路与脉动发生器22并联，激励排放路位于激励路阀门21和脉动发生器22之间，激励排放路用于降低脉动发生器入口压力。
此时，可以满足脉动发生器22的承压要求，确保脉动发生器22结构的稳定性和可靠性，以便于使脉动发生器22在高压环境下稳定可靠的工作。基于此，可以对试验件11进行高压状态下的动态特性试验。
具体的，实际使用过程中，在液氧/煤油补燃循环发动机中，流量调节器处于燃料二级泵后，入口压力可达几十兆帕的量级，因此进行流量调节器动态特性试验需要试验系统具备高压条件。而在本发明实施例中，激励排放路主要用于当试验压力较高时，打开激励排放路从而使得脉动发生器入口压力不至于过高，以确保试验的正常进行。
在一种可选方式中，参见图1，上述激励排放路可以包括通过管道连通的激励排放路节流圈30和激励排放路阀门31，激励排放路节流圈30位于激励路阀门21和激励排放路阀门31之间。上述激励排放路的结构简单，易于制作，同时还易于组装和使用，提高了工作效率。
作为一种可能的实现方式，参见图1，上述试验件动态特性试验系统还可以包括：试验支路。试验支路与试验路连通，且试验支路与第一节流圈13并联。试验支路可以包括通过管道连通的第二节流圈40和支路阀门41，第二节流圈40与模拟燃气发生器喷注器节流圈12连通。
通过在试验件11（即流量调节器）后设置第一节流圈13和第二节流圈40两路节流圈，此时，可以保证流量调节器不汽蚀，确保流量调节器的滑阀工作位置等。基于此，结合前文描述可以模拟流量调节器宽工况范围工作条件。进一步地，还可以匹配不同工况调整的需求。
示例性的，通过调节第一节流圈13和第二节流圈40的压降，使得流量调节器具有一个压降。进一步地，每一个压降对应滑阀的一个工作位置，通过保证滑阀的工作位置，使得试验中的流量调节器与发动机上的真实工作情况一致，以提高试验的真实性和准确性。
第二方面，本发明实施例还提供了一种试验件动态特性试验方法，应用上述技术方案所述的试验件动态特性试验系统。
上述试验件动态特性试验方法包括：
步骤101：向试验路中通入流体，流体通过声学闭端装置进入试验路；
上述流体可以是气体或液体，具体的可以根据实际情况进行选择，在此不做具体限定。
步骤102：设置脉动发生器，以模拟燃烧装置的激励边界。
步骤103：采集试验过程中试验件的两侧和激励路节流圈的两侧的测点信息；
步骤104：根据测点信息，确定试验件的幅频特性和相频特性。应理解，上述分析获得的试验件11的幅频特性和相频特性的具体方法步骤，可以参见现有技术，在此不做详细描述。
本发明实施例中第二方面及其各种实现方式的有益效果，可以参考第一方面及其各种实现方式中的有益效果，此处不再赘述。
作为一种可能的实现方式，设置脉动发生器，以模拟燃烧装置的激励边界后，试验件动态特性试验方法还包括：
设置脉动发生器，以使脉动发生器实现预设速率的扫频激励和定频激励。
示例性的，脉动发生器通过周期性排放从而产生压力脉动，其由电机控制，并且可通过编程产生不同速率的扫频和定频激励。至于上述“预设速率”可以根据实际情况进行设置，在此不做具体限定。
作为一种可能的实现方式，设置脉动发生器，以模拟燃烧装置的激励边界后，试验件动态特性试验方法还包括：
调整激励排放路节流圈和激励路节流圈，以调节脉动发生器入口压力以及标定激励路的流量。
在一种可选方式中，调整激励排放路节流圈和激励路节流圈，以调节脉动发生器入口压力以及标定激励路的流量包括：
激励路节流圈的孔径为脉动发生器流通孔径的60%~90%，例如，60%、65%、70%或90%等。
激励排放路节流圈的孔径为激励路节流圈的孔径的50%~85%，例如，50%、65%、70%或85%等。
激励路的流量满足：
；
其中，μ表示激励路节流圈的流量系数，A表示激励路节流圈的流通面积，ρ表示流体密度，P3表示激励路节流圈入口压力，P4表示激励路节流圈出口压力。应理解，此处的P3和P4代表的是具体的数值，而这两个具体数值是图1以及前文提及的压力测点P3和P4处的数值。
采用上述技术方案的情况下，激励路节流圈和激励排放路节流圈通过孔径的配合，既可以起到调节脉动发生器入口压力的作用，又可以起到标定激励路的流量的作用。
上述主要从终端设备的角度对本发明实施例提供的方案进行了介绍。可以理解的是，终端设备为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。本领域技术人员应该很容易意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，本发明能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。上述计算机程序产品包括一个或多个计算机程序或指令。在计算机上加载和执行上述计算机程序或指令时，全部或部分地执行本发明实施例所述的流程或功能。上述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、终端、用户设备或者其它可编程装置。上述计算机程序或指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，上述计算机程序或指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线或无线方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。上述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是集成一个或多个可用介质的服务器、数据中心等数据存储设备。上述可用介质可以是磁性介质，例如，软盘、硬盘、磁带；也可以是光介质，例如，数字视频光盘（digital video disc，DVD）；还可以是半导体介质，例如，固态硬盘（solid state drive，SSD）。
尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”（comprising）一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种试验件动态特性试验系统，其特征在于，包括：连通的激励路和试验路；
所述试验路包括通过管道依次连通的声学闭端装置、试验件、模拟燃气发生器喷注器节流圈、第一节流圈和试验路阀门；
所述激励路包括通过管道依次连通的激励路节流圈、激励路阀门和脉动发生器；所述激励路节流圈通过管道与所述试验路连通，所述激励路位于所述声学闭端装置和所述试验路阀门之间；
采集件，多个所述采集件分别设置于所述试验件的两侧和所述激励路节流圈的两侧；所述采集件用于采集试验过程中所述试验件的两侧和所述激励路节流圈的两侧的测点信息，以根据所述测点信息确定所述试验件的幅频特性和相频特性；
所述试验件动态特性试验系统还包括：试验支路；
所述试验支路与所述试验路连通，且所述试验支路与所述第一节流圈并联；
所述试验支路包括通过管道连通的第二节流圈和支路阀门；所述第二节流圈与所述模拟燃气发生器喷注器节流圈连通；
试验件是流量调节器。
2.根据权利要求1所述的试验件动态特性试验系统，其特征在于，所述激励路位于所述模拟燃气发生器喷注器节流圈和所述第一节流圈之间。
3.根据权利要求1所述的试验件动态特性试验系统，其特征在于，所述激励路位于所述声学闭端装置和所述试验件之间。
4.根据权利要求1至3任一项所述的试验件动态特性试验系统，其特征在于，所述试验件动态特性试验系统还包括：激励排放路；
所述激励排放路与所述脉动发生器并联，所述激励排放路位于所述激励路阀门和所述脉动发生器之间；所述激励排放路用于降低所述脉动发生器入口压力。
5.根据权利要求4所述的试验件动态特性试验系统，其特征在于，所述激励排放路包括通过管道连通的激励排放路节流圈和激励排放路阀门；所述激励排放路节流圈位于所述激励路阀门和所述激励排放路阀门之间。
6.一种试验件动态特性试验方法，应用权利要求1-5任一项所述的试验件动态特性试验系统，其特征在于，包括：
向所述试验路中通入流体，所述流体通过所述声学闭端装置进入所述试验路；
设置所述脉动发生器，以模拟燃烧装置的激励边界；
采集试验过程中所述试验件的两侧和所述激励路节流圈的两侧的测点信息；
根据所述测点信息，确定所述试验件的幅频特性和相频特性。
7.根据权利要求6所述的试验件动态特性试验方法，其特征在于，设置所述脉动发生器，以模拟燃烧装置的激励边界后，所述试验件动态特性试验方法还包括：
设置所述脉动发生器，以使所述脉动发生器实现预设速率的扫频激励和定频激励。
8.根据权利要求6所述的试验件动态特性试验方法，其特征在于，设置所述脉动发生器，以模拟燃烧装置的激励边界后，所述试验件动态特性试验方法还包括：
调整所述激励排放路节流圈和所述激励路节流圈，以调节所述脉动发生器入口压力以及标定所述激励路的流量。
9.根据权利要求8所述的试验件动态特性试验方法，其特征在于，调整所述激励排放路节流圈和所述激励路节流圈，以调节所述脉动发生器入口压力以及标定所述激励路的流量包括：
所述激励路节流圈的孔径为所述脉动发生器流通孔径的60%~90%；
所述激励排放路节流圈的孔径为所述激励路节流圈的孔径的50%~85%；
所述激励路的流量满足：
；
其中，μ表示所述激励路节流圈的流量系数，A表示所述激励路节流圈的流通面积，ρ表示流体密度，P3表示所述激励路节流圈入口压力，P4表示所述激励路节流圈出口压力。
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