CN116818337A - 一种冷却槽射流动压及均匀性检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种冷却槽射流动压及均匀性检测方法及装置，用于解决目前没有冷却槽射流动压及均匀性检测方面相关研究的问题。本发明提供的一种冷却槽射流动压及均匀性检测方法为：沿待测冷却槽周向均匀选取多个射流槽；对选取的射流槽的射流动压信号进行测量；对获得的多个射流槽的射流动压信号进行对比分析，若最小动压值大于等于最大动压值的60％，表示射流动压及均匀性满足要求，则完成检测；若最小动压值小于最大动压值的60％，表示射流动压及均匀性不满足要求；本方法有效解决了冷却槽射流动压及均匀性定量评价难题，保证了冷却槽的生产质量。
Description
技术领域
本发明属于液体火箭发动机技术领域，具体涉及一种冷却槽射流动压及均匀性检测方法及装置。
背景技术
液体火箭发动机推力室再生冷却结构一般是由内、外壁构成的冷却通道，即冷却槽。工作时，采用冷却性能较好的推进剂组元作为冷却剂经冷却槽对内壁进行对流冷却，通常可以用某一推进剂组元的一部分或全部作为冷却剂，或两种推进剂组元都作为冷却剂实施分段冷却。带有冷却槽的内壁既可以采用高导热率材料的机械铣槽结构，也可以采用激光选区熔化增材技术实现与外壁一体制造。
传统的内外壁扩散钎焊形成的冷却槽或3D打印的冷却槽经常存在局部缺陷，冷却槽射流的均匀性尤其是冷却流速(动压)直接影响到高温高压高热流的内壁冷却效果及工作寿命，均匀性较差时，会出现内壁局部温度较高，严重时影响发动机工作可靠性，因此，高压推力室冷却槽射流速度需要定量测量并评估周向均匀性，以检测冷却槽的加工质量。由此可见，冷却槽射流动压及均匀性的检测极为重要，但目前冷却槽尺寸仅依靠机械加工工艺和设备保证，没有冷却槽射流动压及均匀性检测方面的相关研究。
发明内容
本发明的目的在于解决目前没有冷却槽射流动压及均匀性检测方面相关研究的技术问题，而提供一种冷却槽射流动压及均匀性检测方法及装置。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种冷却槽射流动压及均匀性检测方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1】沿待测冷却槽周向均匀选取多个射流槽；
2】对选取的射流槽的射流动压进行测量；
3】对获得的多个射流槽的射流动压信号进行对比分析，若最小动压值大于等于最大动压值的60％，表示射流动压及均匀性满足要求，则完成检测；若最小动压值小于最大动压值的60％，表示射流动压及均匀性不满足要求。
进一步地，步骤3】中还包括，当射流动压及均匀性不满足要求时，对待测冷却槽的射流槽进行检查，并使射流槽的槽道截面保持流通后，增加射流槽的选取数量；然后返回步骤2】对重新选取的射流槽的射流动压信号进行测量，直至周向分布的最小动压值大于等于最大动压值的60％。
进一步地，步骤3】中，对待测冷却槽的射流槽进行检查，并使射流槽的槽道截面保持流通具体为：
通过CT或X光透视的方法对待测冷却槽的射流槽进行检查，并通过量规使射流槽的槽道截面保持流通。
本发明还提供了一种冷却槽射流动压及均匀性检测装置，用于实现上述的一种冷却槽射流动压及均匀性检测方法，其特殊之处在于，包括安装平台、检测装置以及数据采集和处理系统；
所述安装平台用于安装待测冷却槽，使待测冷却槽可在水平面内旋转；
所述检测装置包括固定支架、可移动平台以及动压测量系统；
所述可移动平台水平设置在固定支架上，并相对于固定支架可水平方向和竖直方向移动；
所述动压测量系统包括动压探头和压差传感器；
所述动压探头位于可移动平台靠近待测冷却槽的一端，动压探头上设置有采样通道，所述采样通道用于对准待测冷却槽中射流槽的射流轨迹方向，对射流进行采样；
所述压差传感器用于对采样通道接收的各射流槽的射流进行动压测量；
所述数据采集和处理系统与压差传感器电连接，用于实时采集各射流槽射流的动压信号并进行处理，以获得动压分布数据。
进一步地，还包括设置在固定支架上的步进电机和主控制器；
所述主控制器，用于根据待测冷却槽上射流槽出口和待测冷却槽中心轴之间的径向距离，以及动压探头和射流槽出口之间的轴向距离，为步进电机提供电信号；
所述步进电机的输出端与驱动移动平台连接，用于驱动移动平台在水平方向和竖直方向移动。
进一步地，所述采样通道的直径优选为1～2mm，可以避免相邻射流槽的流体进入引起误差。
进一步地，所述安装平台包括安装支架、旋转轴、以及两个进水导管；
所述安装支架包括竖直板和固定连接在竖直板上端的水平板；
所述旋转轴竖直连接在水平板上，且可相对水平板旋转；
所述旋转轴上周向设置有多个夹具，用于将待测冷却槽竖直方向固定在旋转轴上；
两个所述进水导管用于与待测冷却槽两端的冷却剂入口连接，向待测冷却槽内提供冷却水。
进一步地，还包括接收池；
所述接收池设置在所述水平板的下方，用于接收待测冷却槽射流出的多余冷却水。
进一步地，所述固定支架包括第一底座和固定设置在第一底座上的竖直杆；
所述可移动平台水平设置在竖直杆上，并相对于竖直杆可水平方向和竖直方向移动。
进一步地，所述动压探头和射流槽出口之间的轴向距离为100～200mm。
本发明的有益效果如下：
1、本发明创新性的提出了一种冷却槽射流动压及均匀性检测方法，测量并对比分析待测冷却槽周向多个射流槽的射流动压信号，通过比较周向分布的最小动压值和最大动压值来判断待测冷却槽的射流动压及均匀性是否合格，本方法操作简单，高效便捷，实用性高，有效解决了冷却槽射流动压及均匀性定量评价难题，保证了冷却槽的生产质量。
2、本发明提供的一种冷却槽射流动压及均匀性检测装置，通过固定支架和可移动平台调节动压探头的位置，以使动压探头的采样通道与射流槽射流的射流对准，对待测冷却槽周向多个射流槽的射流动压进行采样测量；再通过数据采集和处理系统采集各射流槽的射流动压信号，最终得到待测冷却槽的射流动压及均匀性的定量评估结果，本发明的检测装置简单、实用性高且操作方便，在保证各个冷却槽道流量均匀、冷却可靠的基础上，消除了部分槽道流量过小导致的内壁局部高温缺陷问题。
3、本发明提供的一种冷却槽射流动压及均匀性检测装置，通过控制器和步进电机使可移动平台具有高稳定、高定位精度以及匀速移动的特点，以进一步精确控制动压探头的径向和轴向运动，保证不同周向时径向距离测量位置相同，提高测量精确度。
4、本发明提供的一种冷却槽射流动压及均匀性检测装置，采样通道的直径优选设计为1～2mm，可以避免相邻射流槽的流体进入引起误差。
附图说明
图1为本发明一种冷却槽射流动压及均匀性检测装置实施例的结构示意图。
具体附图标记如下：
1-接收池；
2-安装平台，21-安装支架，22-旋转轴，23-夹具，24-进水导管；
3-检测装置；4-动压探头；5-压差传感器；6-固定支架；7-可移动平台；8-主控制器；9-数据采集和处理系统。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
液体火箭发动机推力室中的典型冷却槽通常由内壁和外壁组成，其内壁外侧沿轴线方向从头至尾机械加工出肋条，周向设置多个肋条以形成多个槽道，外壁与内壁贴合后与内壁上的肋条钎焊形成T型接头，连接后构成冷却槽，冷却剂流经多个槽道对内壁进行冷却。冷却槽的液路出口为多槽道出口射流，且槽道间的间隙较小，近似肋宽度，通常约为1.2mm～1.4mm，其射流呈一定厚度环形膜。
本发明提供了一种冷却槽射流动压及均匀性检测方法，具体包括以下步骤：
1】沿待测冷却槽周向均匀选取多个射流槽；本发明的冷却槽射流动压及均匀性检测方法为抽检，因此，根据待测冷却槽上射流槽的总数量进行选取，通常选取的数量大于等于射流槽总数量的20％，当射流槽总数量小于100时，推荐选取20槽进行检测。
2】对选取的射流槽的射流动压进行测量。
3】对获得的多个射流槽的射流动压信号进行对比分析，若最小动压值大于等于最大动压值的60％，表示射流动压及均匀性满足要求，则完成检测；若最小动压值小于最大动压值的60％，表示射流动压及均匀性不满足要求。
当射流动压及均匀性不满足要求时，通过CT或X光透视的方法对待测冷却槽的射流槽进行检查，并通过量规使射流槽的槽道截面保持流通后，增加射流槽的选取数量，通常为上次选取数量的2倍；然后返回步骤2】对重新选取的射流槽的射流动压信号进行测量，直至周向分布的最小动压值大于等于最大动压值的60％。具体的，一般根据待测冷却槽的尺寸选择相应的量规进行，以保证槽道截面的流通性，以重复进行液流试验；量规的高度通常为2mm～3mm，其宽度通常为1mm～1.4mm。
为了实现上述一种冷却槽射流动压及均匀性检测方法，本发明还提供了一种冷却槽射流动压及均匀性检测装置，如图1所示，包括安装平台2、检测装置3、步进电机、主控制器8、数据采集和处理系统9以及接收池1。
安装平台2用于安装待测冷却槽，使待测冷却槽、可沿水平方向圆周旋转。本实施例中安装平台2包括安装支架21、旋转轴22以及两个进水导管24。其中安装支架21包括第二底板、固定设置在第二底板上的竖直板和固定连接在竖直板上端的水平板。旋转轴22竖直连接在水平板上，且可相对水平板旋转；旋转轴22上周向设置有多个夹具23，用于将待测冷却槽竖直方向固定在旋转轴22上，并通过旋转轴22带动待测冷却槽相对水平板旋转。两个进水导管24用于与待测冷却槽两端的冷却剂入口连接，向待测冷却槽内提供冷却水。
检测装置3包括固定支架6、可移动平台7以及动压测量系统。固定支架6包括第一底座和固定设置在第一底座上的竖直杆。可移动平台7水平设置在竖直杆上，并相对于竖直杆可水平方向和竖直方向移动。具体的，本实施例中步进电机和主控制器8设置在固定支架6上，其中主控制器8，用于根据待测冷却槽上射流槽距待测冷却槽中心轴的径向距离，以及动压探头4距射流槽出口的直线距离为步进电机提供电信号；步进电机的输出端与驱动移动平台7连接，用于驱动移动平台7在水平方向和竖直方向移动；通过主控制器8控制步进电机驱动移动平台7的移动，可以使可移动平台7移动时具有高稳定性、高定位精度以及匀速移动的特点，进而保证精确控制动压探头4的径向和轴向移动，保证不同周向时径向距离测量位置相同，提高了测量的精确度。
动压测量系统包括动压探头4和压差传感器5。动压探头4位于可移动平台7靠近待测冷却槽的一端，本实施例中动压探头4设置为针状结构，动压探头4的轴向方向上设置有采样通道，采样通道用于对准待测冷却槽中射流槽的射流轨迹方向，以对射流进行采样。采样通道的直径优选设计为1～2mm，可以避免相邻射流槽的流体进入引起误差。压差传感器5用于对采样通道接收的各射流槽射流进行动压测量。数据采集和处理系统9与压差传感器5电连接，用于实时采集各射流槽射流的动压信号，并进行分析和处理，获得动压分布数据。接收池1设置在所述水平板的下方，用于接收待测冷却槽射流出的多余冷却水。检测时，均匀性定量化参数指标为待测冷却槽射流最小动压值不小于最大动压值的60％。
上述一种冷却槽射流动压及均匀性检测装置，用于对待测冷却槽上各射流槽的射流动压进行测量，其使用方法如下：
1】将动压探头4通过探头支撑件固定安装在可移动平台7靠近待测冷却槽的一端。
2】主控制器8根据待测冷却槽上射流槽出口和待测冷却槽中心轴之间的径向距离，以及动压探头4和射流槽出口之间的轴向距离，为步进电机提供电信号；步进电机驱动可移动平台7移动，以调整其相对于固定支架6的水平位置和竖直位置，使动压探头4的采样通道与射流槽的射流轨迹方向对准。
实验测量时，动压探头4与待测冷却槽射流出口之间的轴向距离不能太近，避免因槽间肋宽度的影响射流形态，得到失真的结果；动压探头4与待测冷却槽射流出口之间的轴向距离也不能太远，因距离太远时动压信号太弱，会导致较大的读数误差，同时距离太远时，射流受环境气动相互作用，也会引起一定的误差。同时考虑到待测冷却槽的尺寸、动压探头4尺寸以及射流速度的不同，实际应用中动压探头4与待测冷却槽射流出口之间的轴向距离通过实验和经验决定，优选的，本实施例中动压探头4与待测冷却槽射流出口之间的轴向距离设置为100～200mm。
3】使旋转轴22匀速转动，动压探头4接收待测冷却槽周向不同射流槽的射流，压差传感器5实时响应相应各射流槽的射流动压信号，并通过数据处理和分析系统9实时采集各射流槽的射流动压信号并进行处理，获得动压分布数据。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种冷却槽射流动压及均匀性检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1】沿待测冷却槽周向均匀选取多个射流槽；
2】对选取的射流槽的射流动压进行测量；
3】对获得的多个射流槽的射流动压信号进行对比分析，若最小动压值大于等于最大动压值的60％，表示射流动压及均匀性满足要求，则完成检测；若最小动压值小于最大动压值的60％，表示射流动压及均匀性不满足要求。
2.根据权利要求1所述的一种冷却槽射流动压及均匀性检测方法，其特征在于：
步骤3】中还包括，当射流动压及均匀性不满足要求时，对待测冷却槽的射流槽进行检查，并使射流槽的槽道截面保持流通后，增加射流槽的选取数量；然后返回步骤2】对重新选取的射流槽的射流动压信号进行测量，直至周向分布的最小动压值大于等于最大动压值的60％。
3.根据权利要求2所述的一种冷却槽射流动压及均匀性检测方法，其特征在于：
步骤3】中，对待测冷却槽的射流槽进行检查，并使射流槽的槽道截面保持流通具体为：
通过CT或X光透视的方法对待测冷却槽的射流槽进行检查，并通过量规使射流槽的槽道截面保持流通。
4.一种冷却槽射流动压及均匀性检测装置，用于实现权利要求1-3任一所述的一种冷却槽射流动压及均匀性检测方法，其特征在于：
包括安装平台(2)、检测装置(3)以及数据采集和处理系统(9)；
所述安装平台(2)用于安装待测冷却槽，使待测冷却槽可在水平面内旋转；
所述检测装置(3)包括固定支架(6)、可移动平台(7)以及动压测量系统；
所述可移动平台(7)水平设置在固定支架(6)上，并相对于固定支架(6)可水平方向和竖直方向移动；
所述动压测量系统包括动压探头(4)和压差传感器(5)；
所述动压探头(4)位于可移动平台(7)靠近待测冷却槽的一端，动压探头(4)上设置有采样通道，所述采样通道用于对准待测冷却槽中射流槽的射流轨迹方向，对射流进行采样；
所述压差传感器(5)用于对采样通道接收的各射流槽的射流进行动压测量；
所述数据采集和处理系统(9)与压差传感器(5)电连接，用于实时采集各射流槽射流的动压信号并进行处理，以获得动压分布数据。
5.根据权利要求4所述的一种冷却槽射流动压及均匀性检测装置，其特征在于：
还包括设置在固定支架(6)上的步进电机和主控制器(8)；
所述主控制器(8)，用于根据待测冷却槽上射流槽出口和待测冷却槽中心轴之间的径向距离，以及动压探头(4)和射流槽出口之间的轴向距离，为步进电机提供电信号；
所述步进电机的输出端与驱动移动平台(7)连接，用于驱动移动平台(7)在水平方向和竖直方向移动。
6.根据权利要求5所述的一种冷却槽射流动压及均匀性检测装置，其特征在于：
所述采样通道的直径为1～2mm。
7.根据权利要求4-6任一所述的一种冷却槽射流动压及均匀性检测装置，其特征在于：
所述安装平台(2)包括安装支架(21)、旋转轴(22)、以及两个进水导管(24)；
所述安装支架(21)包括竖直板和固定连接在竖直板上端的水平板；
所述旋转轴(22)竖直连接在水平板上，且可相对水平板旋转；
所述旋转轴(22)上周向设置有多个夹具(23)，用于将待测冷却竖直方向固定在旋转轴(22)上；
两个所述进水导管(24)用于与待测冷却槽两端的冷却剂入口连接，向待测冷却槽内提供冷却水。
8.根据权利要求7所述的一种冷却槽射流动压及均匀性检测装置，其特征在于：
还包括接收池(1)；
所述接收池(1)设置在所述水平板的下方，用于接收待测冷却槽射流出的多余冷却水。
9.根据权利要求8所述的一种冷却槽射流动压及均匀性检测装置，其特征在于：
所述固定支架(6)包括第一底座和固定设置在第一底座上的竖直杆；
所述可移动平台(7)水平设置在竖直杆上，并相对于竖直杆可水平方向和竖直方向移动。
10.根据权利要求9所述的一种冷却槽射流动压及均匀性检测装置，其特征在于：
所述动压探头(4)和射流槽出口之间的轴向距离为100～200mm。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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