CN117189419A - 液体火箭发动机在线自动预冷系统及预冷方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种液体火箭发动机在线自动预冷系统及预冷方法，预冷系统包括第一和第二介质预冷子系统，第一和第二介质预冷子系统分别对应用于对液体火箭发动机中的第一和第二介质泵进行预冷；第一和第二介质预冷子系统均包括介质推进剂贮罐、排放子系统、介质收集贮罐、排放子系统和控制装置；介质推进剂贮罐与排放子系统、介质收集贮罐和介质泵连接，介质收集贮罐与排放子系统连接；控制装置用于控制排放子系统和排放子系统动作，控制介质推进剂贮罐与介质收集贮罐和介质泵之间的连接管道以及介质收集贮罐与介质泵之间的连接管道。本申请能够进行在线自动预冷，且预冷时间更加合理，能够提高试验的工作效率；减少手动控制，节约时间和人力成本。

Description

液体火箭发动机在线自动预冷系统及预冷方法

技术领域

本申请属于航空航天领域，具体涉及一种液体火箭发动机在线自动预冷系统及预冷方法。

背景技术

液体火箭发动机准备点火试车前，先利用低温推进剂贮罐中的推进剂介质对增压输送主管道进行主管道预冷，待主管道预冷温度满足要求后，再对液体火箭发动机进行预冷，液体火箭发动机预冷温度满足要求后再进行点火试车。

目前，试车台液体火箭发动机的预冷系统以及操作过程主要是由人工通过控制室对系统阀门进行手动远控打开或关闭来进行管道及发动机的介质预冷。预冷开始时，低温推进剂介质与管道和发动机的材质进行换热后产生的高温气体需通过手动打开排气管路上的排气阀门进行预冷排气，观察管道和发动机泵前的预冷介质温度值，待温度下降到一定值时再关闭排气阀门。间隔一定时间段后，待预冷介质的温度再次上升时，重复排气阀门的打开和关闭操作，直到温度值稳定在接近或达到低温介质的沸点值时关闭排气阀门，预冷工作完毕。

上述预冷过程需要人工时刻观察预冷介质的温度值，且要间断性的打开或关闭排气阀门以进行排气。如果温度值判读出现误差，使排气阀门延迟关闭，则可能导致预冷介质过多的排放。频繁的阀门操作既影响阀门的使用寿命又在时间上影响发动机的预冷进度，从而在时间和人力成本上造成资源的浪费。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种液体火箭发动机在线自动预冷系统及预冷方法。

根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种液体火箭发动机在线自动预冷系统，其包括第一介质预冷子系统和第二介质预冷子系统，所述第一介质预冷子系统用于对液体火箭发动机中的第一介质泵进行预冷，所述第二介质预冷子系统用于对液体火箭发动机中的第二介质泵进行预冷；

所述第一介质预冷子系统包括第一介质推进剂贮罐、第一排放子系统、第一介质收集贮罐、第二排放子系统和第一控制装置；所述第一介质推进剂贮罐与第一排放子系统、第一介质收集贮罐和第一介质泵连接，所述第一介质收集贮罐与第二排放子系统连接；所述第一控制装置与第一排放子系统和第二排放子系统连接，用于控制所述第一排放子系统和第二排放子系统动作；所述第一控制装置还用于控制所述第一介质推进剂贮罐与第一介质收集贮罐和第一介质泵之间的连接管道以及所述第一介质收集贮罐与第一介质泵之间的连接管道；

所述第二介质预冷子系统包括第二介质推进剂贮罐、第三排放子系统、第二介质收集贮罐、第四排放子系统和第二控制装置；所述第二介质推进剂贮罐与第三排放子系统、第二介质收集贮罐和第二介质泵连接，所述第二介质收集贮罐与第四排放子系统连接；所述第二控制装置与第三排放子系统和第四排放子系统连接，用于控制所述第三排放子系统和第四排放子系统动作；所述第二控制装置还用于控制所述第二介质推进剂贮罐与第二介质收集贮罐和第二介质泵之间的连接管道以及所述第二介质收集贮罐与第二介质泵之间的连接管道。

上述液体火箭发动机在线自动预冷系统中，所述第一介质推进剂贮罐依次通过第一出液管道、第一增压输送主管道和第一介质泵前管道与所述第一介质泵连接；

所述第一出液管道上设置有第一出液阀，所述第一出液阀用于通断所述第一出液管道；所述第一出液管道和第一介质泵前管道上均设置有第一波纹管；所述第一增压输送主管道上设置有第一管道温度传感器，所述第一管道温度传感器用于测量所述第一增压输送主管道中第一介质的温度；

所述第一介质泵前管道上还设置有第一泵前阀、第一过滤器和第一泵前温度传感器；所述第一泵前阀用于通断所述第一介质泵前管道；所述第一过滤器用于过滤掉第一介质中的多余物；所述第一泵前温度传感器用于测量进入第一介质泵前的第一介质的温度。

上述液体火箭发动机在线自动预冷系统中，所述第一出液管道通过第一管路排气管道和第一排气排液汇总管道与所述第一介质收集贮罐连接；所述第一管路排气管道上设置有第一管路排气阀，所述第一管路排气阀用于通断所述第一管路排气管道。

上述液体火箭发动机在线自动预冷系统中，所述第一出液管道通过第一增压输送主管道和第一质量流量计排气管道与所述第一排气排液汇总管道连接；所述第一增压输送主管道上设置有第一质量流量计，用于计量流经所述第一增压输送主管道的第一介质的流量；所述第一质量流量计排气管道上设置有第一质量流量计排气阀，用于对所述第一质量流量计产生的夹气排放进行开关控制。

上述液体火箭发动机在线自动预冷系统中，所述第一出液管道通过第一增压输送主管道和第一排液管道与所述第一排气排液汇总管道连接；所述第一增压输送主管道上设置有第一涡轮流量计，其用于计量流经所述第一增压输送主管道的第一介质的流量；所述第一排液管道上设置有第一排液阀，所述第一排液阀用于对所述第一排液管道开始预冷时介质气液相的排液进行开关控制。

上述液体火箭发动机在线自动预冷系统中，所述第一介质泵前管道通过第一泵前排气管道与所述第一排气排液汇总管道连接；所述第一泵前排气管道上设置有第一泵前排气阀，所述第一泵前排气阀用于对第一介质泵前的排气进行开关控制；

所述第一介质泵前管道通过第一泵前预冷排放管道与所述第一排气排液汇总管道连接；所述第一泵前预冷排放管道上设置有第一泵前预冷排放阀，其用于对介质气液相的排液进行开关控制。

上述液体火箭发动机在线自动预冷系统中，所述第一介质泵通过第一泵后预冷排放管道与所述第一排气排液汇总管道连接，所述第一泵后预冷排放管道上设置有第一泵后预冷排放阀，所述第一泵后预冷排放阀用于液体发动机中第一介质泵预冷后对第一预冷介质的排放进行开关控制。

上述液体火箭发动机在线自动预冷系统中，所述第二介质推进剂贮罐依次通过第二出液管道、第二增压输送主管道和第二介质泵前管道与第二介质泵连接；

所述第二出液管道上设置有第二出液阀，所述第二出液阀用于通断所述第二出液管道；所述第二出液管道和第二介质泵前管道上均设置有第二波纹管；所述第二增压输送主管道上设置有第二管道温度传感器，所述第二管道温度传感器用于测量所述第二增压输送主管道中第二介质的温度；

所述第二介质泵前管道上还设置有第二泵前阀、第二过滤器和第二泵前温度传感器；所述第二泵前阀用于通断所述第二介质泵前管道；所述第二过滤器用于过滤掉第二介质中的多余物；所述第二泵前温度传感器用于测量进入第二介质泵前的第二介质的温度。

上述液体火箭发动机在线自动预冷系统中，所述第一介质和第二介质为液氧和液甲烷、液氧和煤油以及液氧和液氢中的一种。

根据本申请实施例的第二方面，本申请还提供了一种基于上述任一项所述的液体火箭发动机在线自动预冷系统的预冷方法，其包括以下步骤：

对第一介质预冷子系统中第一增压输送主管道和液体火箭发动机中的第一介质泵进行预冷，其过程为：

在第一控制装置中设定第一增压输送主管道的预冷时序；

启动第一控制装置，根据设定的预冷时序对第一增压输送主管道进行在线自动预冷；

当第一管道温度传感器检测到的温度值小于第一温度范围时，第一增压输送主管道的预冷温度满足要求，第一控制装置控制关闭第一质量流量计排气阀，完成对第一增压输送主管道的预冷，并开始对液体火箭发动机中第一介质泵进行预冷；

当第一泵前温度传感器检测到的温度值小于第一温度范围时，液体火箭发动机中第一介质泵的预冷温度满足要求，第一控制装置控制关闭第一泵前排气阀和第一泵后预冷排放阀，完成对液体火箭发动机中第一介质泵的预冷；

对第二介质预冷子系统中第二增压输送主管道和液体火箭发动机中的第二介质泵进行预冷，其过程为：

在第二控制装置中设定第二增压输送主管道的预冷时序；

启动第二控制装置，根据设定的预冷时序对第二增压输送主管道进行在线自动预冷；

当第二管道温度传感器检测到的温度值小于第二温度范围时，第二增压输送主管道的预冷温度满足要求，第二控制装置控制关闭第二质量流量计排气阀，完成对第二增压输送主管道的预冷，并开始对液体火箭发动机中第二介质泵进行预冷；

当第二泵前温度传感器检测到的温度值小于第二温度范围时，液体火箭发动机中第二介质泵的预冷温度满足要求，第二控制装置控制关闭第二泵前排气阀和第二泵后预冷排放阀，完成对液体火箭发动机中第二介质泵的预冷。

根据本申请的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本申请提供的液体火箭发动机在线自动预冷系统及预冷方法通过在第一控制装置中对第一增压输送主管道和液体火箭发动机中的第一介质泵设置预冷时序，在第二控制装置中对第二增压输送主管道和液体火箭发动机中的第二介质泵设置预冷时序，从而第一控制装置根据预冷时序以及第一管道温度传感器和第一泵前温度传感器检测到的温度值进行在线自动预冷排气的预冷控制，第二控制装置根据预冷时序以及第二管道温度传感器和第二泵前温度传感器检测到的温度值进行在线自动预冷排气的预冷控制。本申请提供的液体火箭发动机在线自动预冷系统及预冷方法能够进行在线自动预冷，且预冷时间和时序安排更加合理，缩短了整个预冷过程的时间，提高了试验的工作效率，并能够减少人工的手动控制，节约时间和人力成本。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本申请所欲主张的范围。

附图说明

下面的所附附图是本申请的说明书的一部分，其示出了本申请的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本申请的原理。

图1为本申请实施例提供的一种液体火箭发动机在线自动预冷系统的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的一种液体火箭发动机在线自动预冷方法中增压输送主管道的预冷时序图。

图3为本申请实施例提供的一种液体火箭发动机在线自动预冷方法中发动机的预冷时序图。

附图标记说明：

1、第一介质预冷子系统；11、第一介质推进剂贮罐；12、第一排放子系统；13、第一介质收集贮罐；14、第二排放子系统；15、第一控制装置；

101、第一贮罐排气管道； 102、第二贮罐排气管道；

103、第一出液管道； 1031、第一出液阀； 1032、第一波纹管；

104、第一增压输送主管道； 1041、第一管道温度传感器； 1042、第一质量流量计；1043、第一涡轮流量计；

105、第一管路排气管道；1051、第一管路排气阀；

106、第一排气排液汇总管道；

107、第一质量流量计排气管道；1071、第一质量流量计排气阀；

108、第一排液管道；1081、第一排液阀；

2、第二介质预冷子系统；21、第二介质推进剂贮罐；22、第三排放子系统；23、第二介质收集贮罐；24、第四排放子系统；25、第二控制装置；

201、第三贮罐排气管道；202、第四贮罐排气管道；

203、第二出液管道；2031、第二出液阀；2032、第二波纹管；

204、第二增压输送主管道；2041、第二管道温度传感器；2042、第二质量流量计；2043、第二涡轮流量计；

205、第二管路排气管道；2051、第二管路排气阀；

206、第二排气排液汇总管道；

207、第二质量流量计排气管道；2071、第二质量流量计排气阀；

208、第二排液管道；2081、第二排液阀；

3、液体火箭发动机；

301、第一介质泵前管道；3011、第一泵前阀；3012、第一过滤器；3013、第一泵前温度传感器；

302、第一泵前排气管道；3021、第一泵前排气阀；

303、第一泵前预冷排放管道；3031、第一泵前预冷排放阀；

304、第一泵后预冷排放管道；3041、第一泵后预冷排放阀；

305、第二介质泵前管道；3051、第二泵前阀；3052、第二过滤器；3053、第二泵前温度传感器；

306、第二泵前排气管道；3061、第二泵前排气阀；

307、第二泵前预冷排放管道；3071、第二泵前预冷排放阀；

308、第二泵后预冷排放管道；3081、第二泵后预冷排放阀。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本申请所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本申请内容的实施例后，当可由本申请内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本申请内容的精神与范围。

本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本申请，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

如图1所示，本申请提供的液体火箭发动机在线自动预冷系统包括第一介质预冷子系统1和第二介质预冷子系统2。其中，第一介质预冷子系统1与液体火箭发动机3中的第一介质泵连接，以对第一介质泵进行预冷；第二介质预冷子系统2与液体火箭发动机3中的第二介质泵连接，以对第二介质泵进行预冷。

第一介质预冷子系统1和第二介质预冷子系统2的硬件结构相同，不同点在于二者采用的介质以及预冷控制时序。

下面对第一介质预冷子系统1和第二介质预冷子系统2分别进行说明。

如图1所示，第一介质预冷子系统1包括第一介质推进剂贮罐11、第一排放子系统12、第一介质收集贮罐13、第二排放子系统14和第一控制装置15。其中，第一介质推进剂贮罐11通过第一贮罐排气管道101与第一排放子系统12连接，第一介质推进剂贮罐11与第一介质收集贮罐13和液体火箭发动机3中的第一介质泵连接，第一介质收集贮罐13通过第二贮罐排气管道102与第二排放子系统14连接。

具体地，第一介质推进剂贮罐11依次通过第一出液管道103、第一增压输送主管道104和第一介质泵前管道301与液体火箭发动机3中的第一介质泵连接。

其中，第一出液管道103上设置有第一出液阀1031，第一出液阀1031采用角式气动截止阀，其用于通断第一出液管道103，以对第一介质推进剂贮罐11的出液情况进行开关控制。

第一出液管道103和第一介质泵前管道301上均设置有第一波纹管1032，第一波纹管1032用于消除第一出液管道103和第一介质泵前管道301因热胀冷缩产生的应力。

第一增压输送主管道104上设置有第一管道温度传感器1041，第一管道温度传感器1041用于测量第一增压输送主管道104中第一介质的温度。

第一介质泵前管道301上还设置有第一泵前阀3011、第一过滤器3012和第一泵前温度传感器3013。第一泵前阀3011采用气动截止阀，其用于通断第一介质泵前管道301，以对第一介质进入液体火箭发动机3中的第一介质泵进行开关控制。第一过滤器3012用于过滤掉第一介质中的多余物；第一泵前温度传感器3013用于测量进入第一介质泵前的第一介质的温度。

第一出液管道103通过第一管路排气管道105和第一排气排液汇总管道106与第一介质收集贮罐13连接。第一管路排气管道105上设置有第一管路排气阀1051，第一管路排气阀1051采用气动截止阀，其用于通断第一管路排气管道105。

第一出液管道103通过第一增压输送主管道104和第一质量流量计排气管道107与第一排气排液汇总管道106连接。第一增压输送主管道104上设置有第一质量流量计1042，其采用U型管式结构，用于计量流经第一增压输送主管道104的第一介质的流量。第一质量流量计排气管道107上设置有第一质量流量计排气阀1071，其采用气动截止阀，用于对第一质量流量计1042产生的夹气排放进行开关控制。

第一出液管道103通过第一增压输送主管道104和第一排液管道108与第一排气排液汇总管道106连接。第一增压输送主管道104上设置有第一涡轮流量计1043，其用于计量流经第一增压输送主管道104的第一介质的流量。第一排液管道108上设置有第一排液阀1081，第一排液阀1081采用气动截止阀，其用于对第一排液管道108开始预冷时介质气液相的排液进行开关控制，以加快第一排液管道108的预冷速率。

通过设置第一质量流量计1042和第一涡轮流量计1043，可以根据二者检测到的流经第一增压输送主管道104的第一介质的流量，对第一质量流量计1042和第一涡轮流量计1043进行校准。

第一介质泵前管道301通过第一泵前排气管道302与第一排气排液汇总管道106连接。第一泵前排气管道302上设置有第一泵前排气阀3021。第一泵前排气阀3021采用气动截止阀，用于对第一介质泵前的排气进行开关控制，使第一介质泵前的介质温度满足技术要求，避免液体火箭发动机3启动时产生气蚀。

第一介质泵前管道301通过第一泵前预冷排放管道303与第一排气排液汇总管道106连接。第一泵前预冷排放管道303上设置有第一泵前预冷排放阀3031，其采用气动截止阀，用于对介质气液相的排液进行开关控制，以加快第一介质泵前的预冷速率。

第一介质泵通过第一泵后预冷排放管道304与第一排气排液汇总管道106连接，第一泵后预冷排放管道304上设置有第一泵后预冷排放阀3041。第一泵后预冷排放阀3041采用气动截止阀，其用于液体发动机中第一介质泵预冷后对第一预冷介质的排放进行开关控制。

第一控制装置15与第一排放子系统12、第一出液阀1031、第一管路排气阀1051、第一质量流量计排气阀1071、第一排液阀1081、第一泵前排气阀3021、第一泵前预冷排放阀3031、第一泵后预冷排放阀3041、第二排放子系统14、第一管道温度传感器1041和第一泵前温度传感器3013连接，用于控制各阀门和传感器动作。

如图1所示，第二介质预冷子系统2包括第二介质推进剂贮罐21、第三排放子系统22、第二介质收集贮罐23、第四排放子系统24和第二控制装置25。其中，第二介质推进剂贮罐21通过第三贮罐排气管道201与第三排放子系统22连接，第二介质推进剂贮罐21与第二介质收集贮罐23和液体火箭发动机3中的第二介质泵连接，第二介质收集贮罐23通过第四贮罐排气管道202与第四排放子系统24连接。

具体地，第二介质推进剂贮罐21依次通过第二出液管道203、第二增压输送主管道204和第二介质泵前管道305与液体火箭发动机3中的第二介质泵连接。

其中，第二出液管道203上设置有第二出液阀2031。第二出液阀2031采用角式气动截止阀，其用于通断第二出液管道203，以对第二介质推进剂贮罐21的出液情况进行开关控制。

第二出液管道203和第二介质泵前管道305上均设置有第二波纹管2032，第二波纹管2032用于消除第二出液管道203和第二介质泵前管道305因热胀冷缩产生的应力。

第二增压输送主管道204上设置有第二管道温度传感器2041，第二管道温度传感器2041用于测量第二增压输送主管道204中第二介质的温度。

第二介质泵前管道305上还设置有第二泵前阀3051、第二过滤器3052和第二泵前温度传感器3053。第二泵前阀3051采用气动截止阀，其用于通断第二介质泵前管道305，以对第二介质进入液体火箭发动机3中的第二介质泵进行开关控制。第二过滤器3052用于过滤掉第二介质中的多余物；第二泵前温度传感器3053用于测量进入第二介质泵前的第二介质的温度。

第二出液管道203通过第二管路排气管道205和第二排气排液汇总管道206与第二介质收集贮罐23连接。第二管路排气管道205上设置有第二管路排气阀2051。第二管路排气阀2051采用气动截止阀，其用于通断第二管路排气管道205。

第二出液管道203通过第二增压输送主管道204和第二质量流量计排气管道207与第二排气排液汇总管道206连接。第二增压输送主管道204上设置有第二质量流量计2042，其采用U型管式结构，用于计量流经第二增压输送主管道204的第二介质的流量。第二质量流量计排气管道207上设置有第二质量流量计排气阀2071，其采用气动截止阀，用于对第二质量流量计2042产生的夹气排放进行开关控制。

第二出液管道203通过第二增压输送主管道204和第二排液管道208与第二排气排液汇总管道206连接。第二增压输送主管道204上设置有第二涡轮流量计2043，其用于计量流经第二增压输送主管道204的第二介质的流量。第二排液管道208上设置有第二排液阀2081，第二排液阀2081采用气动截止阀，其用于对第二排液管道208开始预冷时介质气液相的排液进行开关控制，以加快第二排液管道208的预冷速率。

通过设置第二质量流量计2042和第二涡轮流量计2043，可以根据二者检测到的流经第二增压输送主管道204的第二介质的流量，对第二质量流量计2042和第二涡轮流量计2043进行校准。

第二介质泵前管道305通过第二泵前排气管道306与第二排气排液汇总管道206连接。第二泵前排气管道306上设置有第二泵前排气阀3061。第二泵前排气阀3061采用气动截止阀，用于对第二介质泵前的排气进行开关控制，使第二介质泵前的介质温度满足技术要求，避免体火箭发动机3启动时产生气蚀。

第二介质泵前管道305通过第二泵前预冷排放管道307与第二排气排液汇总管道206连接。第二泵前预冷排放管道307上设置有第二泵前预冷排放阀3071，其采用气动截止阀，用于对介质气液相的排液进行开关控制，以加快第二介质泵前的预冷速率。

第二介质泵通过第二泵后预冷排放管道308与第二排气排液汇总管道206连接。第二泵后预冷排放管道308上设置有第二泵后预冷排放阀3081，第二泵后预冷排放阀3081采用气动截止阀，其用于液体发动机中第二介质泵预冷后对第二预冷介质的排放进行开关控制。

第二控制装置25与第四排放子系统24、第二出液阀2031、第二管路排气阀2051、第二质量流量计排气阀2071、第二排液阀2081、第二泵前排气阀3061、第二质量流量计排气阀2071、第二泵后预冷排放阀3081、第二排放子系统14、第二管道温度传感器2041和第二泵前温度传感器3053连接，用于控制各阀门和传感器动作。

在上述实施例中，第一介质推进剂贮罐11和第二介质推进剂贮罐21均可以根据试验需求设置一个以上。各第一介质推进剂贮罐11均通过第一贮罐排气管道101与第一排放子系统12连接，通过第一出液管道103和第一增压输送主管道104与第一介质泵前管道301连接。各第二介质推进剂贮罐21均通过第三贮罐排气管道201与第三排放子系统22连接，通过第二出液管道203和第二增压输送主管道204与第二介质泵前管道305连接。

在上述实施例中，第一介质和第二介质可以为液氧和液甲烷，也可以是液氧和煤油，还可以是液氧和液氢等。

基于本申请提供的液体火箭发动机在线自动预冷系统，本申请还提供了一种液体火箭发动机在线自动预冷方法，其包括：

S1、对第一介质预冷子系统1中第一增压输送主管道104和第二介质预冷子系统2中第二增压输送主管道204分别进行预冷；

其中，对第一介质预冷子系统1中第一增压输送主管道104进行预冷的过程为：

S11、在对第一增压输送主管道104进行预冷前，首先，在第一控制装置15中设定第一增压输送主管道104的预冷时序，其中，预冷时序以秒为单位。

S12、启动第一控制装置15，根据设定的预冷时序对第一增压输送主管道104进行在线自动预冷，其具体过程为：

在t₁₀秒，第一控制装置15控制打开第一排放子系统12和第二排放子系统14，使得第一介质推进剂贮罐11和第一介质收集贮罐13的排气均与大气连通，对预冷换热产生的气体进行排气。

在t₁₁秒，第一控制装置15控制打开第一出液阀1031，第一介质推进剂贮罐11将第一介质经由第一出液管道103和第一增压输送主管道104输送至第一泵前阀3011之前。

在t₁₂秒，第一控制装置15控制打开第一管路排气阀1051，进行管道高点排气；刚开始预冷时管道换热产生的气体通过第一管路排气管道105和第一排气排液汇总管道106排放至第一介质收集贮罐13中；再经过第二贮罐排气管道102和第二排放子系统14高空排放至大气中。

在t₁₃秒，第一控制装置15控制打开第一质量流量计排气阀1071，以进行第一质量流量计排气，气体经由第一质量流量计排气管道107、第一排气排液汇总管道106、第一介质收集贮罐13、第二贮罐排气管道102和第二排放子系统14高空排放至大气中。

在t₁₄秒，第一控制装置15控制关闭第一管路排气阀1051，此时管道排气为气液混合相，由于第一管路排气管道105靠近第一介质推进剂贮罐11，排放的气体会带出大量的液体介质，因此需要暂时关闭第一管路排气阀1051。

在t₁₅秒，第一控制装置15控制打开第一排液阀1081，以进行管道的预冷排液。预冷介质在管道坡度和重力的作用下，使热介质由第一排液管道108和第一排气排液汇总管道106排放至第一介质收集贮罐13中，以加速管道的预冷速度。

在t₁₆秒，第一控制装置15控制关闭第一排液管道108。

在t₁₇秒，第一控制装置15控制关闭第一质量流量计排气阀1071，此时质量流量计排气为气液混合相。

此后时序为每间隔Δt₁秒，第一控制装置15控制打开第一质量流量计排气阀1071进行排气；再经过Δt₂秒后控制关闭第一质量流量计排气阀1071，以关闭排气，如此进行循环。

其中，对第二介质预冷子系统2中第二增压输送主管道204进行预冷的过程为：

S13、在对第二增压输送主管道204进行预冷前，首先，在第二控制装置25中设定第二增压输送主管道204的预冷时序，其中，预冷时序以秒为单位。

S14、启动第二控制装置25，根据设定的预冷时序对第二增压输送主管道204进行在线自动预冷，其具体过程为：

在t₁₀秒，第二控制装置25控制打开第三排放子系统22和第四排放子系统24，使得第二介质推进剂贮罐21和第二介质收集贮罐23的排气均与大气连通，对预冷换热产生的气体进行排气。

在t₁₁秒，第二控制装置25控制打开第二出液阀2031，第二介质推进剂贮罐21将第二介质经由第二出液管道203和第二增压输送主管道204输送至第二泵前阀3051之前。

在t₁₂秒，第二控制装置25控制打开第二管路排气阀2051，进行管道高点排气；刚开始预冷时管道换热产生的气体通过第二管路排气管道205和第二排气排液汇总管道206排放至第二介质收集贮罐23中；再经过第四贮罐排气管道202和第四排放子系统24高空排放至大气中。

在t₁₃秒，第二控制装置25控制打开第二质量流量计排气阀2071，以进行第二质量流量计排气，气体经由第二质量流量计排气管道207、第二排气排液汇总管道206、第二介质收集贮罐23、第四贮罐排气管道202和第四排放子系统24高空排放至大气中。

在t₁₄秒，第二控制装置25控制关闭第二管路排气阀2051，此时管道排气为气液混合相，由于第二管路排气管道205靠近第二介质推进剂贮罐21，排放的气体会带出大量的液体介质，因此需要暂时关闭第二管路排气阀2051。

在t₁₅秒，第二控制装置25控制打开第二排液阀2081，以进行管道的预冷排液。预冷介质在管道坡度和重力的作用下，使热介质由第二排液管道208和第二排气排液汇总管道206排放至第二介质收集贮罐23中，以加速管道的预冷速度。

在t₁₆秒，第二控制装置25控制关闭第二排液管道208。

在t₁₇秒，第二控制装置25控制关闭第二质量流量计排气阀2071，此时质量流量计排气为气液混合相。

此后时序为每间隔Δt₁秒，第二控制装置25控制打开第二质量流量计排气阀2071进行排气，再经Δt₂秒后控制关闭第二质量流量计排气阀2071，以关闭排气，如此进行循环。

需要说明的是，上述对第一介质预冷子系统1中第一增压输送主管道104预冷的过程与对第二介质预冷子系统2中第二增压输送主管道204预冷的过程可以同时进行。

S2、对液体火箭发动机3中第一介质泵和第二介质泵分别进行预冷；

其中，对液体火箭发动机3中第一介质泵进行预冷的过程为：

S21、当第一管道温度传感器1041检测到的温度值小于第一温度范围时，第一增压输送主管道104的预冷温度满足要求，第一控制装置15控制关闭第一质量流量计排气阀1071，完成对第一增压输送主管道104的预冷，并开始对液体火箭发动机3中第一介质泵进行预冷，其具体过程为：

在t₂₀秒，第一控制装置15控制打开第一泵后预冷排放阀3041，使液体火箭发动机3中第一介质泵的预冷排放口与第一介质收集贮罐13连通。

在t₂₁秒，第一控制装置15控制打开第一泵前阀3011，第一介质推进剂贮罐11将第一介质经由第一出液管道103、第一增压输送主管道104和第一介质泵前管道301输送至液体火箭发动机3中第一介质泵中，以对第一介质泵进行预冷；预冷产生的气体或气液混合液经由第一泵后预冷排放管道304和第一排气排液汇总管道106排放至第一介质收集贮罐13中。

在t₂₂秒，第一控制装置15控制打开第一泵前排气阀3021，进行第一介质泵前高点排气，气体经由第一泵前排气管道302、第一排气排液汇总管道106、第一介质收集贮罐13、第二贮罐排气管道102和第二排放子系统14排放至大气中。

在t₂₃秒，第一控制装置15控制打开第一泵前预冷排放阀3031，进行第一介质泵前管道的预冷排液。预冷介质在管道坡度和重力的作用下，使热介质经由第一泵前预冷排放管道303和第一排气排液汇总管道106排放至第一介质收集贮罐13中，加速对液体火箭发动机3中第一介质泵的预冷速度。

在t₂₄秒，第一控制装置15控制关闭第一泵前预冷排放阀3031。

在t25秒，第一控制装置15控制关闭第一泵前排气阀3021和第一泵后预冷排放阀3041，此时液体火箭发动机3中第一介质泵前排气和第一介质泵后预冷排液均为气液混合相。

此后时序为每间隔Δt₃秒，第一控制装置15控制打开第一泵前排气阀3021和第一泵后预冷排放阀3041进行预冷排气排液；再经过Δt₄秒后控制关闭第一泵前排气阀3021和第一泵后预冷排放阀3041，以关闭排气排液，如此进行循环。

S22、当第一泵前温度传感器3013检测到的温度值小于第一温度范围时，液体火箭发动机3中第一介质泵的预冷温度满足要求，第一控制装置15控制关闭第一泵前排气阀3021和第一泵后预冷排放阀3041，完成对液体火箭发动机3中第一介质泵的预冷。

其中，对液体火箭发动机3中第二介质泵进行预冷的过程为：

S23、当第二管道温度传感器2041检测到的温度值小于第二温度范围时，第二增压输送主管道204的预冷温度满足要求，第二控制装置25控制关闭第二质量流量计排气阀2071，完成对第二增压输送主管道204的预冷，并开始对液体火箭发动机3中第二介质泵进行预冷，其具体过程为：

在t₂₀秒，第二控制装置25控制打开第二泵后预冷排放阀3081，使液体火箭发动机3中第二介质泵的预冷排放口与第二介质收集贮罐23连通。

在t₂₁秒，第二控制装置25控制打开第二泵前阀3051，第二介质推进剂贮罐21将第二介质经由第二出液管道203、第二增压输送主管道204和第二介质泵前管道305输送至液体火箭发动机3中第二介质泵中，以对第二介质泵进行预冷；预冷产生的气体或气液混合液经由第二泵后预冷排放管道308和第二排气排液汇总管道206排放至第二介质收集贮罐23中。

在t₂₂秒，第二控制装置25控制打开第二泵前排气阀3061，进行第二介质泵前高点排气，气体经由第二泵前排气管道306、第二排气排液汇总管道206、第二介质收集贮罐23、第二贮罐排气管道202和第四排放子系统24排放至大气中。

在t₂₃秒，第二控制装置25控制打开第二泵前预冷排放阀3071，进行第二介质泵前管道的预冷排液。预冷介质在管道坡度和重力的作用下，使热介质经由第二泵前预冷排放管道307和第二排气排液汇总管道206排放至第二介质收集贮罐23中，加速对液体火箭发动机3中第二介质泵的预冷速度。

在t₂₄秒，第二控制装置25控制关闭第二泵前预冷排放阀3071。

在t₂₅秒，第二控制装置25控制关闭第二泵前排气阀3061和第二泵后预冷排放阀3081。此时液体火箭发动机3中第二介质泵前排气和第二介质泵后预冷排液均为气液混合相。

此后时序为每间隔Δt₃秒，第二控制装置25控制打开第二泵前排气阀3061和第二泵后预冷排放阀3081进行预冷排气排液；再经过Δt₄秒后控制关闭第二泵前排气阀3061和第二泵后预冷排放阀3081，以关闭排气排液，如此进行循环。

S24、当第二泵前温度传感器3053检测到的温度值小于第二温度范围时，液体火箭发动机3中第二介质泵的预冷温度满足要求，第二控制装置25控制关闭第二泵前排气阀3061和第二泵后预冷排放阀3081，完成对液体火箭发动机3中第二介质泵的预冷。

需要说明的是，上述对液体火箭发动机3中第一介质泵的预冷过程与对液体火箭发动机3中第二介质泵的预冷过程可以同时进行。

在一个具体的实施例中，如图2和图3所示，可以将t₁₀,t₁₁,t₁₂,t₁₃,t₁₄,t₁₅,t₁₆,t₁₇,分别对应设置为0、10、50、80、120、180、300和360，将Δt₁和Δt₂分别对应设置为240和60。

在一个具体的实施例中，如图2和图3所示，可以将t₂₀,t₂₁,t₂₂,t₂₃,t₂₄,t₂₅分别对应设置为0、10、30、180、300和360，将Δt₃和Δt₄分别对应设置为180和60。

在一个具体的实施例中，当第一介质采用液氧，第二介质采用液甲烷时，第一温度范围设置为92K～96K，第二温度范围设置为111K～115K。

本申请提供的液体火箭发动机在线自动预冷系统及预冷方法通过在第一控制装置15中对第一增压输送主管道104和液体火箭发动机3中的第一介质泵设置预冷时序，在第二控制装置25中对第二增压输送主管道204和液体火箭发动机3中的第二介质泵设置预冷时序；第一控制装置15根据预冷时序以及第一管道温度传感器1041和第一泵前温度传感器3013检测到的温度值进行在线自动预冷排气的预冷控制，第二控制装置25根据预冷时序以及第二管道温度传感器2041和第二泵前温度传感器3053检测到的温度值进行在线自动预冷排气的预冷控制。

与人工手动预冷相比，本申请的预冷时间安排更加合理，能够缩短整个预冷过程的时间，提高试验的工作效率；在线自动控制预冷，能够更好地控制排气阀门的关闭时间，避免介质的过量排放，且提高预冷排放的安全性；同时能够减少人工的手动控制，节约时间和人力成本；本申请提供的液体火箭发动机在线自动预冷系统简洁优化，投资成本低。

上述的本申请实施例可在各种硬件、软件编码或两者组合中进行实施。例如，本申请的实施例也可表示在数据信号处理器中执行上述方法的程序代码。本申请也可涉及计算机处理器、数字信号处理器、微处理器或现场可编程门阵列执行的多种功能。可根据本申请配置上述处理器执行特定任务，其通过执行定义了本申请揭示的特定方法的机器可读软件代码或固件代码来完成。可将软件代码或固件代码发展表示不同的程序语言与不同的格式或形式。也可表示不同的目标平台编译软件代码。然而，根据本申请执行任务的软件代码与其他类型配置代码的不同代码样式、类型与语言不脱离本申请的精神与范围。

以上所述仅为本申请示意性的具体实施方式，在不脱离本申请的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本申请保护的范围。

Claims (10)

1.一种液体火箭发动机在线自动预冷系统，其特征在于，包括第一介质预冷子系统和第二介质预冷子系统，所述第一介质预冷子系统用于对液体火箭发动机中的第一介质泵进行预冷，所述第二介质预冷子系统用于对液体火箭发动机中的第二介质泵进行预冷；

所述第一介质预冷子系统包括第一介质推进剂贮罐、第一排放子系统、第一介质收集贮罐、第二排放子系统和第一控制装置；所述第一介质推进剂贮罐与第一排放子系统、第一介质收集贮罐和第一介质泵连接，所述第一介质收集贮罐与第二排放子系统连接；所述第一控制装置与第一排放子系统和第二排放子系统连接，用于控制所述第一排放子系统和第二排放子系统动作；所述第一控制装置还用于控制所述第一介质推进剂贮罐与第一介质收集贮罐和第一介质泵之间的连接管道以及所述第一介质收集贮罐与第一介质泵之间的连接管道；

所述第二介质预冷子系统包括第二介质推进剂贮罐、第三排放子系统、第二介质收集贮罐、第四排放子系统和第二控制装置；所述第二介质推进剂贮罐与第三排放子系统、第二介质收集贮罐和第二介质泵连接，所述第二介质收集贮罐与第四排放子系统连接；所述第二控制装置与第三排放子系统和第四排放子系统连接，用于控制所述第三排放子系统和第四排放子系统动作；所述第二控制装置还用于控制所述第二介质推进剂贮罐与第二介质收集贮罐和第二介质泵之间的连接管道以及所述第二介质收集贮罐与第二介质泵之间的连接管道。

2.根据权利要求1所述的液体火箭发动机在线自动预冷系统，其特征在于，所述第一介质推进剂贮罐依次通过第一出液管道、第一增压输送主管道和第一介质泵前管道与所述第一介质泵连接；

所述第一出液管道上设置有第一出液阀，所述第一出液阀用于通断所述第一出液管道；所述第一出液管道和第一介质泵前管道上均设置有第一波纹管；所述第一增压输送主管道上设置有第一管道温度传感器，所述第一管道温度传感器用于测量所述第一增压输送主管道中第一介质的温度；

所述第一介质泵前管道上还设置有第一泵前阀、第一过滤器和第一泵前温度传感器；所述第一泵前阀用于通断所述第一介质泵前管道；所述第一过滤器用于过滤掉第一介质中的多余物；所述第一泵前温度传感器用于测量进入第一介质泵前的第一介质的温度。

3.根据权利要求2所述的液体火箭发动机在线自动预冷系统，其特征在于，所述第一出液管道通过第一管路排气管道和第一排气排液汇总管道与所述第一介质收集贮罐连接；所述第一管路排气管道上设置有第一管路排气阀，所述第一管路排气阀用于通断所述第一管路排气管道。

4.根据权利要求2所述的液体火箭发动机在线自动预冷系统，其特征在于，所述第一出液管道通过第一增压输送主管道和第一质量流量计排气管道与所述第一排气排液汇总管道连接；所述第一增压输送主管道上设置有第一质量流量计，用于计量流经所述第一增压输送主管道的第一介质的流量；所述第一质量流量计排气管道上设置有第一质量流量计排气阀，用于对所述第一质量流量计产生的夹气排放进行开关控制。

5.根据权利要求2所述的液体火箭发动机在线自动预冷系统，其特征在于，所述第一出液管道通过第一增压输送主管道和第一排液管道与所述第一排气排液汇总管道连接；所述第一增压输送主管道上设置有第一涡轮流量计，其用于计量流经所述第一增压输送主管道的第一介质的流量；所述第一排液管道上设置有第一排液阀，所述第一排液阀用于对所述第一排液管道开始预冷时介质气液相的排液进行开关控制。

6.根据权利要求2所述的液体火箭发动机在线自动预冷系统，其特征在于，所述第一介质泵前管道通过第一泵前排气管道与所述第一排气排液汇总管道连接；所述第一泵前排气管道上设置有第一泵前排气阀，所述第一泵前排气阀用于对第一介质泵前的排气进行开关控制；

所述第一介质泵前管道通过第一泵前预冷排放管道与所述第一排气排液汇总管道连接；所述第一泵前预冷排放管道上设置有第一泵前预冷排放阀，其用于对介质气液相的排液进行开关控制。

7.根据权利要求2所述的液体火箭发动机在线自动预冷系统，其特征在于，所述第一介质泵通过第一泵后预冷排放管道与所述第一排气排液汇总管道连接，所述第一泵后预冷排放管道上设置有第一泵后预冷排放阀，所述第一泵后预冷排放阀用于液体发动机中第一介质泵预冷后对第一预冷介质的排放进行开关控制。

8.根据权利要求2所述的液体火箭发动机在线自动预冷系统，其特征在于，所述第二介质推进剂贮罐依次通过第二出液管道、第二增压输送主管道和第二介质泵前管道与第二介质泵连接；

所述第二出液管道上设置有第二出液阀，所述第二出液阀用于通断所述第二出液管道；所述第二出液管道和第二介质泵前管道上均设置有第二波纹管；所述第二增压输送主管道上设置有第二管道温度传感器，所述第二管道温度传感器用于测量所述第二增压输送主管道中第二介质的温度；

所述第二介质泵前管道上还设置有第二泵前阀、第二过滤器和第二泵前温度传感器；所述第二泵前阀用于通断所述第二介质泵前管道；所述第二过滤器用于过滤掉第二介质中的多余物；所述第二泵前温度传感器用于测量进入第二介质泵前的第二介质的温度。

9.根据权利要求1所述的液体火箭发动机在线自动预冷系统，其特征在于，所述第一介质和第二介质为液氧和液甲烷、液氧和煤油以及液氧和液氢中的一种。

10.一种基于如权利要求1～9任一项所述的液体火箭发动机在线自动预冷系统的预冷方法，其特征在于，包括以下步骤：

对第一介质预冷子系统中第一增压输送主管道和液体火箭发动机中的第一介质泵进行预冷，其过程为：

在第一控制装置中设定第一增压输送主管道的预冷时序；

启动第一控制装置，根据设定的预冷时序对第一增压输送主管道进行在线自动预冷；

当第一管道温度传感器检测到的温度值小于第一温度范围时，第一增压输送主管道的预冷温度满足要求，第一控制装置控制关闭第一质量流量计排气阀，完成对第一增压输送主管道的预冷，并开始对液体火箭发动机中第一介质泵进行预冷；

当第一泵前温度传感器检测到的温度值小于第一温度范围时，液体火箭发动机中第一介质泵的预冷温度满足要求，第一控制装置控制关闭第一泵前排气阀和第一泵后预冷排放阀，完成对液体火箭发动机中第一介质泵的预冷；

对第二介质预冷子系统中第二增压输送主管道和液体火箭发动机中的第二介质泵进行预冷，其过程为：

在第二控制装置中设定第二增压输送主管道的预冷时序；

启动第二控制装置，根据设定的预冷时序对第二增压输送主管道进行在线自动预冷；

当第二管道温度传感器检测到的温度值小于第二温度范围时，第二增压输送主管道的预冷温度满足要求，第二控制装置控制关闭第二质量流量计排气阀，完成对第二增压输送主管道的预冷，并开始对液体火箭发动机中第二介质泵进行预冷；

当第二泵前温度传感器检测到的温度值小于第二温度范围时，液体火箭发动机中第二介质泵的预冷温度满足要求，第二控制装置控制关闭第二泵前排气阀和第二泵后预冷排放阀，完成对液体火箭发动机中第二介质泵的预冷。