《助推装置试验的流量控制工艺》
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[摘 要]助推装置的热试验是模拟推进机构工作时真实状态,考核推进机构在额定设计参数下的工作状态,是判断产品是否满足设计技术指标要求的主要手段.就试验系统而言,必须精确确定从燃料供给机构至推进机构入口间的压力损失与介质流量的关系,如果能够准确控制推进机构*质的流量,则能够提高试验效率、减少热试验次数、节省燃料、快速找到推进机构在设计参数下的工作状态.因此本工艺研究对热试验系统的工作特性、稳定及准确控制等方面都有一定的指导作用.
[关键词]助推机构 热试验 流量控制
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0137-01
1.引言
助推装置的热试验是为了模拟推进机构工作时真实状态,考核推进机构在额定设计参数下的工作状态,测量包括推力、室压、流量、温度、响应时间等关键参数的项性能指标,是判断产品是否满足设计技术指标要求的主要手段.
针对推进机构配套的试验系统而言,首先需尽可能减小介质在流经管路中的阻力损失,以便获得较低的燃料供给机构的压力,提高试验系统对不同工况的适应能力,降低危险性.系统的流量不准确,不利于准确找到推进机构的性能状态,为保证系统安全稳定达到各种工况,必须精确从燃料供给机构出口至推进机构入口间的压力损失与介质流量的关系.
2.研究内容与技术方案
2.1.1 管路局部压力损失
对于绝大部分组件,局部压力损失与局部损失系数、管路内径有关,对于不同结构,所选的局部损失系数不同：介质过滤器一般由多孔的金属骨架和包覆在它外面的过滤材料组成,局部损失系数取3.2；弯管处的局部损失系数与弯管半径有关；质量流量计压力损失可简化为弯管的压力损失；而对于介质流经管路进口起始段,突然扩大或缩小管路产生的局部压力损失较小可忽略.
2.1.2管路沿程压力损失计算
由于试验系统从燃料供给机构出口至推进机构入口的管路较长,必须考虑沿程压力损失.试验系统主管路材料为不锈钢,绝对表面粗糙度取0.35,由于管路压力一般配气压力在4MPa以下属于低压范围,故暂不考虑液体介质黏度随压力变化.若使用时管路压力在6MPa以上时,在计算雷诺数时不能忽略液体黏度随压力的变化,随着压力的升高,黏度增大.对于牛顿流体的黏度而言,每增加一个大气压,标准大气压下黏度小的介质黏度增量比黏度大的介质黏度增量少些.
主管路沿程压力损失计算：
由于系统主管路为不锈钢材质,假设介质流动属于过度区,取雷诺系数Re等于3000,此时沿程损失系数0.036,以通径为20mm的产品管路为例,假定管路长度为5.8m,试验配套系统的的管路通径为15mm,长度为2.5m,计算管路沿程压力损失为6916Pa.
2.1.3 管路液面高度差对压降的影响
液面高度对压力影响的计算公式如下：
式中H为燃料供给机构内加注工作介质的高度, 为燃料供给机构出口与主管路出口的高程差,g为重力加速度.
在本试验系统中,由于推进剂燃料供给机构高度的限制燃料供给机构内推进剂液面高度与主推进剂管路高度H小于1.3米,而推进剂主管路与推进机构入口之间的高度差 为负1米.
氧化推进介质：
燃料推进介质：
2.1.4管路系统总压力损失计算
从试验系统燃料供给机构出口至推进机构电磁阀入口考虑了所有产生压力损失的组成后,理论计算总压力损失为：
经计算,氧化推进介质压力损失为248339Pa；燃料推进介质压力损失为151975Pa.
2.2液流试验与介质流量特性分析
2.2.1 冷热试流量压降匹配关系
由伯努利方程和质量守恒方程得出管路流量与总压力损失的计算关系为流量与介质密度的开平方成正比,因此工程上近似认为不同介质在相同试验系统内流量系数相等建立在相同压力损失的情况下,去离子水的流量与真实推进剂流量的关系为密度的间的比例算式,根据睡得密度、燃料介质的密度以及通过水试验所得到的流量关系,从而可以计算得出燃料介质的流量值.
2.2.2 助推装置冷试试验
进行助推装置冷试试验是为了找到助推装置额定流量下的入口压力,其主要包括电磁锁紧机构压降及燃料喷头压降两部分.
推进机构在热试之前在冷试试验台经过流量试验,由于冷试台自身流阻过大,助推装置的额定流量达不到,故只进行半流量下的冷试试验.
2.3 热试试验数据验证
2.3.1 理论分析结合液流试验确定燃料供给机构压力
根据对管路数据流量压降理论计算分析及推进机构冷试试验结果,确认推进机构燃料供给机构加压结果为：P燃料供给机构等于P室压+△P喷注器+△P電磁阀+△P热试管路
2.3.2推进机构热试试验
通过试车台数据采集系统采集推进剂前压、室压、腔压、流量等曲线如图1、图2所示：
图中看出,长工况试验采集的压力、流量、推力数据正常,没有异常波动,压力峰没有异常高点,曲线平稳.推进机构在长工况稳态工作的情况下工作正常,性能良好.
3.结论
1.通过管路介质流动能量损失计算,基本建立管路流阻特性理论分析办法,热试试验数据表明管路特性计算数据具有很高的参考价值.
2.通助推装置冷试试验数据与推进机构热试试验数据基本匹配,可通过推进机构冷流试验摸索出热试试验时额定流量下的助推装置入口压力值.
3.通过理论与试验相结合的方式控制助推装置流量的手段具有较高的可信度,积累了在助推装置热试验方面的工艺技术水平.
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试验引用文献:
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