CN118641207A - 高室压短喷管姿轨控发动机液流试验气密强度检测共用装置及其使用方法 - Google Patents

高室压短喷管姿轨控发动机液流试验气密强度检测共用装置及其使用方法 Download PDF

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余鹏
白梅杉
赵婷
邬二龙
陈泓宇
施浙杭
王鹤茗
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Abstract

本发明提供了一种涉及航天器推进系统技术领域的高室压短喷管姿轨控发动机液流试验气密强度检测共用装置及其使用方法,包括支座、压环、压板、焊接接管嘴、长螺钉以及螺母,支座通过长螺钉和螺母的配合连接于压板上,压板上连接有压环,支座一端伸入待测姿轨控发动机内部,且压板通过密封装置将待测姿轨控发动机夹持于支座上,支座另一端连接焊接接管嘴,焊接接管嘴与待测姿轨控发动机内部连通。本发明通过拧紧螺母,结合橡胶垫和密封圈的配合,实现燃烧室压高至8MPa的姿轨控发动机气密及强度检测,装置气密性良好;能同时实现姿轨控发动机气密及强度检测与液流试验以及发动机推力室强度检测,功能多样;产品结构简单、易于加工及装配,使用寿命长,适应范围广。

Description

高室压短喷管姿轨控发动机液流试验气密强度检测共用装置 及其使用方法
技术领域
本发明涉及航天器推进系统技术领域,具体地,涉及高室压短喷管姿轨控发动机液流试验气密强度检测共用装置及其使用方法。
背景技术
姿轨控发动机是航天器在进行空间轨道转移、姿态调控及轨道修偏的主要动力,姿轨控系统的寿命直接影响整星整器的服役时间。充分验证姿轨控发动机的性能及工作寿命并依据任务工作时长确定推进剂加注量是姿轨控系统设计及论证的基础。姿轨控发动机地面模拟真空热试验是验证姿轨控发动机性能及寿命的优选方法。但是,地面模拟真空热试验需要在真空舱内进行,试验成本高昂,对于高推力大型姿轨控发动机而言,维持试验过程中的真空环境则难上加难。因此,将姿轨控发动机身部截短(称为短喷管发动机)降低发动机推力并在大气环境地面试车是方案设计阶段验证姿轨控发动机喷注雾化燃烧性能及检测关键位置温度水平的经济可行方法。
短喷管发动机在生产过程中,需通过强度试验检测发动机结构及各连接部位焊缝强度,需通过气密试验检测发动机装测后的密封性能,需通过液流试验测试发动机氧化剂路及燃料路流阻确定发动机状态。在气密及强度试验中,通常试验压力至少是工作压力的1.5倍,例如燃烧室压为4MPa的发动机,其测试压力通常高至6~8MPa,这对测试装置的密封性提出了极高的要求。
同时,为提高测试装置通用性,优选采用同一装置实现以上功能。此外,测试装置应能通过更换少量组件或直接满足宽推力范围内的系列姿轨控发动机测试要求,提高装置利用效率。而当前未见能满足以上测试要求的气密强度检测液流试验装置的报道。基于以上背景,本发明公开一种高室压短喷管姿轨控发动机液流试验气密强度检测共用装置。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种高室压短喷管姿轨控发动机液流试验气密强度检测共用装置及其使用方法,可以同时实现高室压短喷管(燃烧室压力高至8MPa)姿轨控发动机液流试验及气密强度检测。
根据本发明提供的一种高室压短喷管姿轨控发动机液流试验气密强度检测共用装置,包括支座、压环、压板、焊接接管嘴、长螺钉以及螺母,支座通过长螺钉和螺母的配合连接于压板上,压板上连接有压环,支座一端伸入待测姿轨控发动机内部,且压板通过密封装置将待测姿轨控发动机夹持于支座上,支座另一端连接焊接接管嘴,焊接接管嘴与待测姿轨控发动机内部连通;
通过拧紧螺母,使支座、压环以及压板之间形成刚性结构,待测姿轨控发动机内外压紧密封装置实现密封。
优选的,密封装置包括橡胶垫和密封圈,橡胶垫通过压环紧贴于待测姿轨控发动机喉部下游外表面,密封圈设于支座一端,橡胶垫和密封圈对待测姿轨控发动机喉部下游喷管型面实现内外双重压紧。
优选的,密封圈呈锥形,且密封圈上表面距待测姿轨控发动机喉部轴向距离为4-6mm。
优选的,支座上设有安装位,安装位与密封圈过盈配合;
密封圈的下表面直径大于安装位直径3-5m,确保在压紧过程中,安装位与待测姿轨控发动机喉部下游内型面不直接刚性接触。
优选的,压环上设有中心孔内型面,中心孔内型面球径大于密封圈外型面球径,且中心孔内型面和密封圈外型面为球形面。
优选的,压环中心孔内型面球径R为125-135mm,密封圈外型面球径R为110-125mm。
优选的,压板中心设有第一阶梯孔和第二阶梯孔,第一阶梯孔从喷口方向穿过喷管,第二阶梯孔固定压环;
第二阶梯孔孔深不小于压环厚度的1/2,第一阶梯孔孔径大于待测姿轨控发动机喷口外径,且阶梯孔与待测姿轨控发动机喷口外径的差值大于4mm。
优选的,支座呈T型,支座上设有通孔和第一孔,长螺钉穿过通孔连接于压板上,第一孔连接焊接接管嘴。
优选的,螺母的拧紧力矩在5N*m-8N*m之间。
本发明还提供了一种采用高室压短喷管姿轨控发动机液流试验气密强度检测共用装置的使用方法,包括具体如下操作:
当进行姿轨控发动机气密检测时,以堵头通过焊接接管嘴的螺纹拧紧封堵;
或者,当进行姿轨控发动机强度检测时,以堵头通过焊接接管嘴的螺纹拧紧封堵,
或者,当进行姿轨控发动机液流试验时,以带压软管通过焊接接管嘴的螺纹拧紧接通。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
(1)本发明通过拧紧螺母,结合橡胶垫和密封圈的配合,实现燃烧室压高至8MPa的姿轨控发动机气密及强度检测,装置气密性良好;
(2)本发明能同时实现姿轨控发动机气密及强度检测与液流试验,并可同时实现发动机推力室强度检测(需要配备推力室接口工装),功能多样;
(3)本发明产品结构简单、易于加工及装配,使用寿命长,适应范围广,可以适应推力为400N-10000N的短喷管高室压发动机及推力室(需要配备推力室接口工装)检测。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1是一种本发明实施例示意图;
图2是图1中标记为1的橡胶垫;
图3是图1中标记为2的密封圈;
图4是图1中标记为3的支座;
图5是图1中标记为4的压环;
图6是图1中标记为5的压板。
图中示出:橡胶垫1、密封圈2、上表面201、内型面202、外型面203、下表面204、支座3、通孔301、第一孔302、第二孔303、安装位304、压环4、压板5、安装孔501、第一阶梯孔502、第二阶梯孔503、焊接接管嘴6、长螺钉7、螺母8。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
根据本发明提供的一种高室压短喷管姿轨控发动机液流试验气密强度检测共用装置,如图1-6所示,包括橡胶垫1、密封圈2、支座3、压环4、压板5、焊接接管嘴6、长螺钉7以及螺母8。压板5上设置4个φ5.5mm安装孔501用于穿过长螺钉7,实现压板4与支座3的固连。压板5中心设置两级台阶孔,即第一阶梯孔502和第二阶梯孔503,第一阶梯孔502用于从喷口方向穿过喷管,第二阶梯孔503用于固定压环4,螺母8拧紧时压板5上受到的压力通过压环4传递到橡胶圈1、待测姿轨控发动机以及密封圈2,橡胶垫1和密封圈2将待测姿轨控发动机喉部下游压紧,实现本装置对待测对象的密封,通过本发明内容确定的测试装置可耐压8MPa。
橡胶垫1由两片独立的软橡胶垫组成,未装入本装置时橡胶垫1为75°~90°的扇形薄垫,扇形内径为R25mm,扇形外径为R32mm,其厚度为1mm,装入本装置时两片橡胶垫紧贴喉部下游喷管外型面。
密封圈2为锥形橡胶密封圈,其中心设置中心孔,中心孔直径为φ9.5mm,用于将密封圈2与支座3固定,其锥角为42°-60°,其高度为8-10mm,密封圈2外型面203球径取R110-R125mm。
支座3为装置主体,支座3加工为T字型以连接本装置主要组件,支座3高度取55-71mm。支座3上在其φ72mm的分度圆上均布设置4个φ5.5mm通孔301,通孔301深度取8-10mm,通孔301用于穿过长螺钉7,将支座3安装于压板5上,并通过螺母8拧紧。为保证装置的密封效果,长螺钉7尺寸取M5×70,安装拧紧时使用4颗,要求各螺钉对称拧紧,各螺钉所施加力矩相等,施加力矩范围在5N*m-8N*m。支座3中心设置两级阶梯孔,包括第一孔302和第二孔303,第一孔302深度为2mm,直径取φ11mm,加工公差取正公差(0.09-0.2mm)。第一孔302用于为焊接接管嘴6定位后,通过焊接固定支座3与焊接接管嘴6,焊接接管嘴6与待测姿轨控发动机内部连通。第二孔303为通道孔,用于测试介质流道,其第二孔303深度为支座3高度与第一孔302深度之差。支座3设置密封圈安装位304,安装位304与密封圈2内型面202过盈配合;密封圈2的下表面204直径大于安装位304直径3-5m,确保在压紧过程中,安装位304不会直接刚性接触待测姿轨控发动机喉部下游内型面。
压环4为中心设置球形孔的圆板,其球径取R125-R135mm,压环4上端面孔径为φ22-φ25.5mm,下端面孔径为φ28-φ31.5mm,其厚度取6-8mm。未装入本装置时,压环4为沿对称面一分为二的两个半圆环板,半圆环板中心设置半锥形孔。装入本测试装置时,依靠压板5的阶梯孔将压环4的两个半环定位并合二为一,压环4中心呈现完整锥形孔,压环4外径取φ55~φ62mm(加工公差取负公差)。
压板5为中心设置两级阶梯孔的圆板,板厚取5-7mm,其中第二阶梯孔503孔径与压环4外径相同(加工公差取正公差),第二阶梯孔503孔深取3mm,第二阶梯孔503孔深不小于压环4厚度的1/2。第一阶梯孔502孔径取φ49-φ54mm,第一阶梯孔502孔径大于待测姿轨控发动机喷口外径,且阶梯孔502与待测姿轨控发动机喷口外径的差值大于4mm。压板5上设置8个安装孔501用于通过长螺钉7。
更为具体的,利用本装置对姿轨控发动机进行液流试验、气密及强度检测,最关键的步骤是待测对象与本装置的连接密封步骤。测试时,首先将压板5从待测对象喷口处穿入,然后将橡胶垫1对称紧贴于待测对象喉部下游5-10mm的位置,以压环4的两个半环对称压紧橡胶垫1,并将压环4装入压板5的阶梯孔503,将密封圈2与支座3的结合体从喷管内沿着喷管轴线塞入喉部下游,再将长螺钉7从支座3上通孔301穿入并对准穿入压板5上的安装孔501,之后对称拧紧螺母8至规定力矩即可实现本测试装置与待测对象的可靠密封。
实施例2
本发明还提供了一种采用实施例1中高室压短喷管姿轨控发动机液流试验气密强度检测共用装置的使用方法,如图1所示,包括具体如下操作:
当进行姿轨控发动机气密检测时,以堵头通过焊接接管嘴6的螺纹拧紧封堵本测试装置,打开姿轨控发动机氧燃阀同时向姿轨控发动机通入氮气或者氦气,达到待测压力后,检测焊缝及阀门推力室对接处等位置密封性即可实现姿轨控发动机气密检测;
当进行姿轨控发动机强度检测时,以堵头通过焊接接管嘴6的螺纹拧紧封堵本测试装置,打开姿轨控发动机氧燃阀同时向姿轨控发动机通入氮气或者氦气,达到待测压力后,检测各焊缝、发动机本体材料及阀门推力室对接处等位置变形情况即可实现姿轨控发动机强度检测;
当进行姿轨控发动机液流试验时,以带压软管通过焊接接管嘴6的螺纹拧紧与本测试装置接通,分别从姿轨控发动机氧(燃)阀门向姿轨控发动机通入额定流量的液流测试工质(通常为水),同时从带压软管侧通入一定压力(背压)同种测试工质进行液流试验,以氧(燃)阀进口压力扣除背压即为氧(燃)路压降从而实现姿轨控发动机液流试验。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种高室压短喷管姿轨控发动机液流试验气密强度检测共用装置,其特征在于,包括支座(3)、压环(4)、压板(5)、焊接接管嘴(6)、长螺钉(7)以及螺母(8),所述支座(3)通过所述长螺钉(7)和所述螺母(8)的配合连接于所述压板(5)上,所述压板(5)上连接有所述压环(4),所述支座(3)一端伸入待测姿轨控发动机内部,且所述压板(4)通过密封装置将待测姿轨控发动机夹持于所述支座(3)上,所述支座(3)另一端连接所述焊接接管嘴(6),所述焊接接管嘴(6)与待测姿轨控发动机内部连通;
通过拧紧所述螺母(8),使所述支座(3)、所述压环(4)以及所述压板(5)之间形成刚性结构,所述待测姿轨控发动机内外压紧所述密封装置实现密封。
2.根据权利要求1所述的高室压短喷管姿轨控发动机液流试验气密强度检测共用装置,其特征在于,所述密封装置包括橡胶垫(1)和密封圈(2),所述橡胶垫(1)通过所述压环(4)紧贴于待测姿轨控发动机喉部下游外表面,所述密封圈(2)设于所述支座(3)一端,所述橡胶垫(1)和所述密封圈(2)对待测姿轨控发动机喉部下游喷管型面实现内外双重压紧。
3.根据权利要求2所述的高室压短喷管姿轨控发动机液流试验气密强度检测共用装置,其特征在于,所述密封圈(2)呈锥形,且所述密封圈(2)上表面(201)距待测姿轨控发动机喉部轴向距离为4-6mm。
4.根据权利要求2所述的高室压短喷管姿轨控发动机液流试验气密强度检测共用装置,其特征在于,所述支座(3)上设有安装位(304),所述安装位(304)与所述密封圈(2)内型面(202)过盈配合;
所述密封圈(2)的下表面(204)直径大于所述安装位(304)直径3-5m,确保在压紧过程中,所述安装位(304)与待测姿轨控发动机喉部下游内型面不直接刚性接触。
5.根据权利要求1所述的高室压短喷管姿轨控发动机液流试验气密强度检测共用装置,其特征在于,所述压环(4)上设有中心孔内型面,所述中心孔内型面球径大于所述密封圈(2)外型面(203)球径,且所述中心孔内型面和所述密封圈(2)外型面(203)为球形面。
6.根据权利要求5所述的高室压短喷管姿轨控发动机液流试验气密强度检测共用装置,其特征在于,所述压环(4)中心孔内型面球径为R125-R135mmmm,所述外型面(203)球径为R110-R125mm。
7.根据权利要求1所述的高室压短喷管姿轨控发动机液流试验气密强度检测共用装置,其特征在于,所述压板(5)中心设有第一阶梯孔(502)和第二阶梯孔(503),所述第一阶梯孔(502)从喷口方向穿过喷管,所述第二阶梯孔(503)固定所述压环(4);
所述第二阶梯孔(503)孔深不小于压环(4)厚度的1/2,所述第一阶梯孔(502)孔径大于待测姿轨控发动机喷口外径,且所述阶梯孔(502)与待测姿轨控发动机喷口外径的差值大于4mm。
8.根据权利要求1所述的高室压短喷管姿轨控发动机液流试验气密强度检测共用装置,其特征在于,所述支座(3)呈T型,所述支座(3)上设有通孔(301)和第一孔(302),所述长螺钉(7)穿过所述通孔(301)连接于所述压板(5)上,所述第一孔(302)连接所述焊接接管嘴(6)。
9.根据权利要求1所述的高室压短喷管姿轨控发动机液流试验气密强度检测共用装置,其特征在于,所述螺母(8)的拧紧力矩在5N*m-8N*m之间。
10.一种采用权利要求1-9任一项所述的高室压短喷管姿轨控发动机液流试验气密强度检测共用装置的使用方法,其特征在于,包括具体如下操作:
当进行姿轨控发动机气密检测时,以堵头通过所述焊接接管嘴(6)的螺纹拧紧封堵;
或者,当进行姿轨控发动机强度检测时,以堵头通过所述焊接接管嘴(6)的螺纹拧紧封堵,
或者,当进行姿轨控发动机液流试验时,以带压软管通过所述焊接接管嘴(6)的螺纹拧紧接通。
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