CN117760741A - 发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置，该装置包括推力传递组件、拉力传感器、推力传感器以及支撑组件；支撑组件具有第一支撑部以及第二支撑部，推力传递组件及拉力传感器均设置于由第一支撑部以及第二支撑部构成的容纳空间；推力传递组件具有安装空间，安装空间用于安装发动机；拉力传感器设置有多个，至少一个拉力传感器通过弹性件设置于推力传递组件；至少两个推力传感器设置于推力传递组件与第一支撑部之间。本申请结构简单，通过读取高精度拉力传感器信号变化即可迅速得出液体发动机燃烧室的积液情况与发动机点火延迟时间。
Description
技术领域
本申请涉及航空航天技术领域，尤其是涉及一种发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置。
背景技术
现有的液体发动机工作时点火延迟过程测量方式主要有两种：仿真分析和热试车。仿真分析：通过建立数学模型，该模型考虑了液体发动机点火过程中的多场多相耦合流动、传热、湍流燃烧等复杂物理过程。在仿真分析中，设定关键参数，如点火药量、点火时序、氧化剂质量流量等，运用数值方法对模型进行计算。热试车：直接采用实际液体发动机进行地面热试车是另一种常见的测量方式。通过对试车后的数据进行检测和分析，包括压强曲线、温度变化以及其他相关参数，可以评估点火延迟的实测数值。然而现有的上述两种测量方式存在下面缺陷：(1)局限性和特定性：对于不同燃烧室，不同燃料，特定设计的测量系统受到适用范围的限制，使其在其他类型点火系统上的应用受到阻碍，不能广泛适用于各种不同类型的液体发动机。(2)试验难度和成本：液体发动机点火过程涉及多场多相耦合的非定常流动、传热和湍流燃烧，导致实验研究的难度和成本大幅增加。这使得实际试验可能受到资源和技术限制，影响了对点火延迟深入了解的可能性。(3)模型与现实的偏离：点火过程的复杂性和非定常性使得建立可靠的数学模型和进行准确的数值模拟变得困难。这可能导致模型的不足，影响对点火延迟的准确预测。
因此，亟需一种发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置，以在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置，提供一种更简单、可靠、精确、适用范围更广的测量液体发动机的点火延迟，同时能测量燃烧室内积液质量与发动机推力的方案。
本申请提供一种发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置，包括推力传递组件、拉力传感器、推力传感器以及支撑组件；
所述支撑组件具有垂直于第一方向的第一支撑部以及平行于所述第一方向设置于所述第一支撑部的第二支撑部，所述第一支撑部与所述第二支撑部围设有容纳空间，所述推力传递组件以及所述拉力传感器均设置于所述容纳空间；
所述推力传递组件具有轴线沿所述第一方向延伸的安装空间，所述安装空间用于安装发动机；
所述拉力传感器设置有多个，至少一个所述拉力传感器通过弹性件设置于所述推力传递组件靠近所述第二支撑部的顶部与所述第二支撑部之间；至少两个所述推力传感器设置于所述推力传递组件与所述第一支撑部之间。
在上述技术方案中，进一步地，所述支撑组件包括能够作为所述第一支撑部的竖直支撑板以及能够作为所述第二支撑部的水平支撑板；
所述竖直支撑板垂直于所述第一方向，所述水平支撑板平行于所述第一方向设置于所述竖直支撑板的一端。
在上述技术方案中，进一步地，所述支撑组件还包括底板；
所述底板平行于所述第一方向，所述竖直支撑板背离所述水平支撑板的一端滑动设置于所述底板。
在上述技术方案中，进一步地，所述底板上沿垂直于所述第一方向间隔开设有沿所述第一方向延伸的滑槽；
所述竖直支撑板朝向所述底板的一侧设置有与所述滑槽相对应的滑块，所述滑块能够在所述滑槽内移动，以使所述竖直支撑板能够在所述底板上滑动。
在上述技术方案中，进一步地，所述推力传递组件包括第一圆环盘；
所述第一圆环盘中间形成有沿所述第一方向延伸的所述容纳空间；
所述发动机通过连接构件固定于所述第一圆环盘。
在上述技术方案中，进一步地，所述连接构件包括连接板以及螺栓；
所述连接板的一端设置于所述第一圆环盘的内侧壁，且另一端朝向所述第一圆环盘的中心延伸；
所述连接板设置有多个，多个所述连接板沿所述第一圆环盘的周向方向间隔排布；
所述发动机通过所述螺栓连接于所述连接板，使得所述发动机固定于所述第一圆环盘。
在上述技术方案中，进一步地，所述推力传递组件还包括第二圆环盘；
所述第二圆环盘设置于所述第一圆环盘靠近所述竖直支撑板的一侧。
在上述技术方案中，进一步地，所述弹性件为弹簧板；
至少一个所述拉力传感器设置于所述第一圆环盘朝向所述水平支撑板的顶部，且通过所述弹簧板连接于所述水平支撑板；
至少两个所述推力传感器固定于所述第二圆环盘，且通过所述弹簧板连接于所述竖直支撑板。
在上述技术方案中，进一步地，设置于所述第二圆环盘上的至少两个所述拉力传感器关于所述第二圆环盘的中心呈中心对称。
本申请提供一种发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置，包括推力传递组件、拉力传感器、推力传感器以及支撑组件；
所述支撑组件具有垂直于第一方向的第一支撑部以及平行于所述第一方向设置于所述第一支撑部的第二支撑部，所述第一支撑部与所述第二支撑部围设有容纳空间，所述推力传递组件以及所述拉力传感器均设置于所述容纳空间；
所述推力传递组件具有轴线沿所述第一方向延伸的安装空间，所述安装空间用于安装发动机；
所述拉力传感器设置有多个，至少一个所述拉力传感器通过弹性件设置于所述推力传递组件靠近所述第二支撑部的顶部与所述第二支撑部之间；至少两个所述推力传感器设置于所述推力传递组件与所述第一支撑部之间。
综上，发动机以及推力传递组件可以理解为构成一种动架结构，该动架在发动机工作时可以整体进行微小位移，起到产生推力、重力变化，并传递推力、重力变化给接收相应信号的传感器的作用。
其中，纵向拉力传感器以及轴向推力传感器构成测力结构；纵向上的重力测量由弹性件以及纵向拉力传感器构成，由于弹性件的刚度强度大，故纵向拉力传感器可以捕捉到发动机纵向微小位移，起到测量发动机重力变化的作用，根据某一段时间该重力的变化可以得出液体发动机在点火成功前的燃烧室内积液质量变化情况。优选地，纵向拉力传感器为高精度拉力传感器。
其中，假定重心在中轴线上，根据纵向拉力传感器的读数、轴向推力传感器的读数与间距、发动机的整体重量(发动机整体重量包括内部燃料质量)对发动机作力平衡与力矩平衡分析，联解可以得到整个动架结构质心的位置，由于推力传递组件的重心位置与重量已知，故可以解出发动机的质心位置。通过结合发动机质心位置的变化与发动机的整体重量变化(纵向拉力传感器的读数变化)，可以进一步得到发动机的点火延迟过程。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置在第一视角下的结构示意图；
图2为图1中A处放大图；
图3为图1中B处放大图；
图4为本申请实施例提供的发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置在第二视角下的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置在第三视角下的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置中隐藏发动机情况下并在第一视角下的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置中隐藏发动机情况下并在第二视角下的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置中拉力传感器在第一视角下的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置中拉力传感器在第二视角下的结构示意图。
附图标号：1-推力传递组件；3-支撑组件；4-第一方向；5-容纳空间；6-安装空间；8-纵向拉力传感器；9-轴向推力传感器；10-竖直支撑板；11-水平支撑板；12-底板；14-第一圆环盘；16-连接板；17-第二圆环盘；18-弹簧板；19-滑槽；20-发动机。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和显示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。
基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面结合图1-图9详细描述在该实施例中提供的一种发动机20点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置。
在该实施例中提供一种发动机20点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置，该发动机20点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置包括推力传递组件1、拉力传感器、推力传感器以及支撑组件3。
具体地，支撑组件3具有垂直于第一方向4的第一支撑部以及平行于第一方向4设置于第一支撑部的第二支撑部，结合图2所示，第一方向4为水平方向，那么也就是说，第一支撑部是竖直设置的，第二支撑部垂直于第一支撑部设置于第一支撑部的顶部，换句话说，第一支撑部和第二支撑部构成倒L形；进一步地，第一支撑部与第二支撑部围设有容纳空间5，推力传递组件1以及拉力传感器均设置于容纳空间5。
具体地，推力传递组件1具有轴线沿第一方向4延伸的安装空间6，安装空间6用于安装发动机20。
具体地，拉力传感器设置有多个，至少一个拉力传感器通过弹性件设置于推力传递组件1靠近第二支撑部的顶部与第二支撑部之间，此时的拉力传感器可以理解为是竖直拉力传感器，还可以理解为是纵向拉力传感器8，主要用于测量发动机20的重力；
至少两个推力传感器设置于推力传递组件1与第一支撑部之间，此时的推力传感器可以理解为是轴向推力传感器9，主要用于测量轴向的推力。
综上，发动机20以及推力传递组件1可以理解为构成一种动架结构，该动架在发动机20工作时可以整体进行微小位移，起到产生推力、重力变化，并传递推力、重力变化给接收相应信号的传感器的作用。
其中，纵向拉力传感器8以及轴向推力传感器9构成测力结构；纵向上的重力测量由弹性件以及纵向拉力传感器8构成，由于弹性件的刚度强度大，故纵向拉力传感器8可以捕捉到发动机20纵向微小位移，起到测量发动机20重力变化的作用，根据某一段时间该重力的变化可以得出液体发动机20在点火成功前的燃烧室内积液质量变化情况。优选地，纵向拉力传感器8为高精度拉力传感器，通过读取高精度拉力传感器信号变化即可迅速得出液体发动机燃烧室的积液情况与发动机点火延迟时间，与传统热试车测量方案相比，本方案信号处理简单迅速，延迟小。与仿真实验相比，本方案实时性好。
其中，假定重心在中轴线上，根据纵向拉力传感器8的读数、轴向推力传感器9的读数与间距、发动机20的整体重量(发动机20整体重量包括内部燃料质量)对发动机20作力平衡与力矩平衡分析，联解可以得到整个动架结构质心的位置，由于推力传递组件1的重心位置与重量已知，故可以解出发动机20的质心位置。通过结合发动机20质心位置的变化与发动机20的整体重量变化(纵向拉力传感器8的读数变化)，可以进一步得到发动机20的点火延迟过程。
具体而言，实际的使用测试过程中，发动机20的点火延迟过程分为管路的充填过程、头腔的充填过程、燃烧室内积液过程与点火成功后的着火过程。其中，各个阶段的质心位置与重量变化规律如下：①管路充填过程(重量线性增加，质心变化连续)；②头腔充填过程(重量线性增加，质心变化减小)；③燃烧室内积液过程(重量增加速度减慢，质心变化较大)；④着火过程(重量开始减小，质心稳定)。同时，为了使测量更精确，可以结合头腔的压力数据一块判断燃烧室的实际工作状态。比如喷前阀开启式的发动机20：管路充填开始时，喷前阀前压力开始下降；头腔充填完毕时，头腔开始建压；着火时，燃烧室开始建压。
以喷前阀开启式的发动机20为例，由此可得以上四个过程的详细划分：①管路充填过程(当喷前阀前压力开始下降，标志管路充填过程开始；期间测得的发动机20重量线性增加，质心变化连续；当质心变化速度开始减小时，标志管路充填过程结束)②头腔充填过程(当质心变化速度开始减小时，标志头腔充填开始；期间测得的发动机20重量线性增加，质心变化减小；当头腔开始建压时，标志头腔充填过程结束)；③燃烧室内积液过程(当头腔开始建压，发动机20重量增加速度减慢，质心变化较大，标志燃烧室积液开始；期间测得的发动机20重量增加，但是增加速度减慢，同时质心变化较大；当燃烧室开始建压时，标志燃烧室内积液过程结束)；④着火过程(当燃烧室开始建压，发动机20重量开始减小，质心稳定时，标志着火过程开始；期间重量减小，质心稳定)。以上四个过程即为发动机20的点火延迟过程。其中，对于燃烧室内积液过程，在这个时间段内发动机20的质量变化即为液体发动机20在点火成功前的燃烧室内积液质量变化情况。
除此之外，发动机20推力在轴向上与拉力传感器的合力平衡，故根据两个轴向上的拉力传感器的合力的变化可得出发动机20推力。
在该实施例中，结合图1、图3以及图4所示，支撑组件3包括能够作为第一支撑部的竖直支撑板10以及能够作为第二支撑部的水平支撑板11。
具体地，竖直支撑板10垂直于第一方向4，水平支撑板11平行于第一方向4设置于竖直支撑板10的一端。
具体地，支撑组件3还包括底板12。底板12平行于第一方向4，竖直支撑板10背离水平支撑板11的一端滑动设置于底板12。
进一步地，支撑组件3还包括加固板，加固板设置于所述竖直支撑板10背离发动机20的一侧，且其一端固定于所述竖直支撑板10另一端固定于所述底板12。
进一步地，底板12上沿垂直于第一方向4间隔开设有沿第一方向4延伸的滑槽19；竖直支撑板10朝向底板12的一侧设置有与滑槽19相对应的滑块，滑块能够在滑槽19内移动，以使竖直支撑板10能够在底板12上滑动。
综上，支撑组件3可以理解为是定架结构，定架整体刚性连接，起到对整个装置支撑与固定的作用。
在该实施例中，结合图5-图7所示，推力传递组件1包括第一圆环盘14；第一圆环盘14中间形成有沿第一方向4延伸的所述容纳空间5，发动机20通过连接构件固定于所述第一圆环盘14。
具体地，连接构件包括连接板16以及螺栓；连接板16的一端设置于第一圆环盘14的内侧壁，且另一端朝向第一圆环盘14的中心延伸；连接板16设置有多个，多个连接板16沿第一圆环盘14的周向方向间隔排布；发动机20通过所述螺栓连接于连接板16，使得发动机20固定于第一圆环盘14。
更具体地，推力传递组件1还包括第二圆环盘17；第二圆环盘17设置于所述第一圆环盘14靠近所述竖直支撑板10的一侧。
在该实施例中，结合图8和图9所示，弹性件为弹簧板18。
纵向拉力传感器8设置于第一圆环盘14朝向水平支撑板11的顶部，且通过弹簧板18连接于水平支撑板11。
轴向推力传感器9设置有两个，两个拉力传感器固定于第二圆环盘17，且通过弹簧板18连接于所述竖直支撑板10。
进一步地，设置于第二圆环盘17上的两个轴向推力传感器9关于第二圆环盘17的中心呈中心对称。
本申请的工作过程如下：
组装步骤100：拆下推力传递组件1，根据所选择的不同发动机20，在推力传递组件1上打上连接孔与发动机20连接，组成动架。
测量步骤200：使用时，将动架组装至合适位置。发动机20启动后，以喷前阀开启式的发动机20为例：当喷前阀前压力开始下降，管路充填过程开始；期间发动机20重量线性增加，质心变化连续；当质心变化速度开始减小时，头腔充填开始；期间发动机20重量线性增加，质心变化减小；当头腔开始建压、发动机20重量增加速度减慢、质心变化较大时，燃烧室积液开始；期间液体燃料在燃烧室内开始产生沉积，随着燃料的不断沉积，高精度拉力传感器读数逐渐增大，该读数的增大速度即为发动机20燃烧室内燃料的沉积速度。在点火器点火成功瞬间，燃烧室内燃料的沉积达到最大，高精度拉力传感器读数达到峰值；当燃烧室开始建压、发动机20重量开始减小、质心稳定时，标志着火过程开始；期间重量减小，质心稳定。整个过程为液体发动机20的点火延迟过程。在发动机20点火成功后运行时，发动机20产生的推力由发动机20传至两个拉力传感器，此时发动机20的推力即为两个轴向推力传感器9的读数之和。
综上，首先，本申请与传统的发动机20点火延迟方案相比，通过使用高精度拉力传感器感受发动机20燃烧室的重量的到达峰值的时间，来测量发动机20点火延迟。其次，与传统刚性支撑结构相比，本申请采用柔性支撑结构(使用弹簧板18作为柔性支撑)来固定发动机20，省去了传统测量方案如传统热试车所需要的昂贵设备与复杂支撑结构，增强装置可靠性，抵消发动机20自身重力带来的影响，同时不带来额外的附加力。
最后，可以同时测量燃烧室最大积液质量与发动机20推力：传统的发动机20点火延迟测量方案只能测量延迟时间，本申请还可以检测发动机20燃烧室最大积液质量与发动机20点火延迟之间的关系；同时本申请可以测量发动机20的推力。
显然，本领域的技术人员可以对本申请实施例中实施例进行各种改动和变型而不脱离本申请实施例中实施例的精神和范围。这样，倘若本申请实施例中实施例的这些修改和变型属于本申请实施例中权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请实施例中也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置，其特征在于，包括推力传递组件、拉力传感器、推力传感器以及支撑组件；
所述支撑组件具有垂直于第一方向的第一支撑部以及平行于所述第一方向设置于所述第一支撑部的第二支撑部，所述第一支撑部与所述第二支撑部围设有容纳空间，所述推力传递组件以及所述拉力传感器均设置于所述容纳空间；
所述推力传递组件具有轴线沿所述第一方向延伸的安装空间，所述安装空间用于安装发动机；
所述拉力传感器设置有多个，至少一个所述拉力传感器通过弹性件设置于所述推力传递组件靠近所述第二支撑部的顶部与所述第二支撑部之间；
至少两个所述推力传感器设置于所述推力传递组件与所述第一支撑部之间。
2.根据权利要求1所述的发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置，其特征在于，所述支撑组件包括能够作为所述第一支撑部的竖直支撑板以及能够作为所述第二支撑部的水平支撑板；
所述竖直支撑板垂直于所述第一方向，所述水平支撑板平行于所述第一方向设置于所述竖直支撑板的一端。
3.根据权利要求2所述的发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置，其特征在于，所述支撑组件还包括底板；
所述底板平行于所述第一方向，所述竖直支撑板背离所述水平支撑板的一端滑动设置于所述底板。
4.根据权利要求3所述的发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置，其特征在于，所述底板上沿垂直于所述第一方向间隔开设有沿所述第一方向延伸的滑槽；
所述竖直支撑板朝向所述底板的一侧设置有与所述滑槽相对应的滑块，所述滑块能够在所述滑槽内移动，以使所述竖直支撑板能够在所述底板上滑动。
5.根据权利要求2所述的发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置，其特征在于，所述推力传递组件包括第一圆环盘；
所述第一圆环盘中间形成有沿所述第一方向延伸的所述容纳空间；
所述发动机通过连接构件固定于所述第一圆环盘。
6.根据权利要求5所述的发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置，其特征在于，所述连接构件包括连接板以及螺栓；
所述连接板的一端设置于所述第一圆环盘的内侧壁，且另一端朝向所述第一圆环盘的中心延伸；
所述连接板设置有多个，多个所述连接板沿所述第一圆环盘的周向方向间隔排布；
所述发动机通过所述螺栓连接于所述连接板，使得所述发动机固定于所述第一圆环盘。
7.根据权利要求5所述的发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置，其特征在于，所述推力传递组件还包括第二圆环盘；
所述第二圆环盘设置于所述第一圆环盘靠近所述竖直支撑板的一侧。
8.根据权利要求7所述的发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置，其特征在于，所述弹性件为弹簧板；
至少一个所述拉力传感器设置于所述第一圆环盘朝向所述水平支撑板的顶部，且通过所述弹簧板连接于所述水平支撑板；
至少两个所述推力传感器固定于所述第二圆环盘，且通过所述弹簧板连接于所述竖直支撑板。
9.根据权利要求8所述的发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置，其特征在于，设置于所述第二圆环盘上的至少两个所述拉力传感器关于所述第二圆环盘的中心呈中心对称。
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| CN202410154545.1A CN117760741A (zh) | 2024-02-04 | 2024-02-04 | 发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN117760741A true CN117760741A (zh) | 2024-03-26 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410154545.1A Pending CN117760741A (zh) | 2024-02-04 | 2024-02-04 | 发动机点火延迟过程、燃烧室内积液质量测量装置 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN117760741A (zh) |
-
2024
- 2024-02-04 CN CN202410154545.1A patent/CN117760741A/zh active Pending
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