CN107607325B - 针拴式喷注器变推力发动机系统工况调整方法 - Google Patents

Abstract

为了解决现有工况调整方法无法满足针栓式喷注器变推力发动机工作要求的技术问题，本发明提供了一种针拴式喷注器变推力发动机系统工况调整方法，可确保整个工况范围内发动机保持较高的工况精度，能够满足发动机工况精度要求。包括步骤：1】热标试车前工况调整；2】进行发动机热标试车，获取推力室冷热试差异实际值；3】热标试车后工况调整。采用本发明的方法，发动机工况精度可控制在2％以内，且方法简单、容易实现。

Description

针拴式喷注器变推力发动机系统工况调整方法

技术领域

本发明属于航空、航天发动机技术领域，具体涉及一种针拴式喷注器变推力发动机系统工况调整方法。

背景技术

变推力发动机是一种推力可以进行连续调节的液体火箭发动机，在导弹武器、探月、探火等深空探测领域具有广泛的应用前景。但对于针拴式大范围变推力发动机而言，由于发动机工况精度要求较高，加之发动机针拴式喷注器冷热试之间存在一定的差异，而现有工况调整方法只适用于固定推力针拴式喷注器发动机，由于固定推力发动机喷注器的喷注口是固定面积，因此现有方法不能用于变推力发动机；另外现有工况调整方法节流圈在选择时不是安装在发动机上进行的(具体是节流圈单独进行液流试验挑选，挑选好后再安装在发动机上)，导致选择的节流圈尺寸存在偏差，因此后续工况调整精度受到影响，使得发动机工况精度偏低，无法满足实际工作要求，因此需要一种新的工况调整方法，来适应针拴式喷注器变推力发动机的工作要求。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种针拴式喷注器变推力发动机系统工况调整方法，可确保整个工况范围内发动机保持较高的工况精度，能够满足发动机工况精度要求。

本发明的技术解决方案是：

针拴式喷注器变推力发动机系统工况调整方法，包括以下步骤：

1】热标试车前工况调整

1.1】获取推力室、流量调节器、断流阀的液流试验数据，结合推力室冷热试差异经验值，计算热标试车发动机所用节流圈的参数，根据所述参数计算节流圈的孔径尺寸；

1.2】根据步骤1.1】获得的节流圈孔径尺寸加工节流圈；

1.3】选择满足发动机在额定工况下的节流圈：

将步骤1.2】加工好的节流圈分别装到发动机上，分别进行发动机在额定工况的整机液流试验，根据所述推力室冷热试差异经验值和发动机推力室的设计室压，选择满足发动机工况和混合比要求的节流圈；

1.4】进行发动机在除额定工况外的其余推力工况下的液流试验，分别进行一次液流试验，每次液流试验中通过调整发动机中流量调节器的开度使得当前推力工况下发动机的混合比及工况精度满足要求，并记录此时流量调节器的开度；

2】进行发动机热标试车，获取推力室冷热试差异实际值；

3】热标试车后工况调整

3.1】重新获取发动机的推力室、流量调节器、断流阀的液流试验数据，结合步骤2】获取的推力室冷热试差异实际值，计算热标试车后发动机所用节流圈的参数，根据所述参数计算节流圈的孔径尺寸；

3.2】根据步骤3.1】获得的节流圈孔径尺寸加工节流圈；

3.3】选择满足发动机在额定工况下的最终节流圈：

将步骤3.2】加工好的节流圈分别装到发动机上，并分别进行发动机在额定工况的整机液流试验，根据步骤2】获取的推力室冷热试差异实际值和发动机推力室的设计室压，选择满足发动机额定工况要求的最终节流圈；

3.4】对发动机在除额定工况外的其余推力工况下进行整机液流试验，每次液流试验中通过调整发动机中流量调节器的开度使当前推力工况下的发动机的混合比及工况精度满足要求，并记录此时流量调节器的开度，发动机工况调整完成。

进一步地，上述步骤1.1】、1.3】中涉及的推力室冷热试差异经验值为氧化剂路的冷热试差异经验值ΔP_xo和燃料路的冷热试差异经验值ΔP_xf，其中ΔP_xo取0.02MPa，ΔP_xf取0.05MPa。

进一步地，上述步骤1.1】和步骤3.1】中节流圈的参数均包括节流圈的流量和压降。

进一步地，上述步骤1.3】选择节流圈的方法具体为：

1.3.1】将加工好的一个节流圈安装在发动机上，再将发动机安装在液流试验台上，调整使发动机入口压力和反压满足试验要求，记录此时发动机各路水流量和各压力值；

1.3.2】根据步骤1.3.1】所记录的水流量和压力值，并考虑推力室冷热试差异经验值，将水流量换算成标准入口压力下的推进剂流量，计算混合比和推力是否满足要求，具体要求为混合比偏差应为设计值的±1％，推力偏差应为设计值的±2％；若混合比和推力二者之一不满足要求，则更换另一尺寸的节流圈后重新进行试验，直到混合比和推力都满足要求为止；

推力及混合比的计算方法如下：

k_t＝q_mot/q_mft (3)

F_vt＝(q_mot+q_mft).I_sv (4)

P_ct＝(q_mot+q_mft)/(q_mo+q_mf).P_c (5)

上式中：q_mo为发动机额定工况氧化剂路设计流量；q_mf为发动机额定工况燃料路设计流量；q_mot为发动机额定工况氧化剂路调整流量；q_mft为发动机额定工况燃料路调整流量；q_mow为发动机额定工况氧化剂路水试测量水流量；q_mfw为发动机额定工况燃料路水试测量水流量；

P_iot为发动机额定工况氧化剂调整入口压力；P_ift为发动机额定工况燃料路调整入口压力；P_iow为发动机额定工况氧化剂路水试入口压力；P_ifw为发动机额定工况燃料路水试入口压力；

P_c为发动机额定工况设计室压；P_ct为发动机额定工况调整室压；P_cw为发动机额定工况水试反压；

ΔP_xo为氧化剂路的冷热试差异经验值；ΔP_xf为燃料路的冷热试差异经验值；

ρ_o为氧化剂的密度；ρ_f为燃料的密度；

I_sv为发动机额定工况的设计比冲；k_t为发动机额定工况的混合比调整值；F_vt为发动机额定工况的推力调整值。

优选地，上述步骤1.4】和步骤3.4】中，每隔1000N或者500N进行一次液流试验。

进一步地，上述步骤3.3】中选择节流圈的方法具体为：

k_t＝q_mot/q_mft；

F_vt＝(q_mot+q_mft)·I′_sv；

P_ct＝(q_mot+q_mft)/(q′_mo+q′_mf)·P′_c

上式中：q′_mo为发动机额定工况氧化剂路热标流量；q′_mf为发动机额定工况燃料路热标流量；q_mot为发动机额定工况氧化剂路调整流量；q_mft为发动机额定工况燃料路调整流量；q_mow为发动机额定工况氧化剂路水试测量水流量；q_mfw为发动机额定工况燃料路水试测量水流量；

P_iot为发动机额定工况氧化剂路调整入口压力；P_ift为发动机额定工况燃料路调整入口压力；P_iow为发动机额定工况氧化剂路水试入口压力；P_ifw为发动机额定工况燃料路水试入口压力；

P′_c为发动机额定工况热标室压；P_ct为发动机额定工况调整室压；P_cw为发动机额定工况水试反压；

ΔP′_xo为氧化剂路的冷热试差异实际值；ΔP′_xf为燃料路的冷热试差异实际值；

ρ_o为氧化剂的密度；ρ_f为燃料的密度；

I′_sv为发动机额定工况下热标试车测量的实际比冲；k_t为发动机额定工况的混合比调整值；F_vt为发动机额定工况的推力调整值。

本发明的优点：

采用本发明的方法，发动机工况精度可控制在2％以内，且方法简单、容易实现，能够满足变推力发动机工况精度的要求；本发明的方法不仅适用于针拴式喷注器变推力发动机的工况调整，还可推广应用于针拴式喷注器固定推力发动机的工况调整。

附图说明

图1为本发明的工况调整方法流程框图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

实施例：

本实施例中，发动机工况变化范围为7500N～1500N，额定工况为7500N。5000N～1500N为其它汽蚀工况(即本发明所说的其余推力工况)，推力间隔取1000N。

针拴式喷注器变推力发动机系统工况调整方法具体如下：

1】热标试车前工况调整

1.1】获取推力室、流量调节器、断流阀的液流试验数据，结合推力室冷热试差异经验值，计算热标试车发动机所用节流圈的参数，根据所述参数计算节流圈的孔径尺寸；节流圈的参数包括流量和压降；

1.2】根据步骤1.1】获得的节流圈孔径尺寸加工节流圈；

1.3】选择满足发动机在最大推力工况下的节流圈：

将步骤1.2】加工好的节流圈分别装到发动机上，分别进行发动机在额定工况的整机液流试验，根据所述推力室冷热试差异经验值和发动机推力室的设计室压，选择满足发动机工况和混合比要求的节流圈；具体为：

1.3.1】将加工好的一个节流圈安装在发动机上，再将发动机安装在液流试验台上，调整使发动机入口压力和反压满足试验要求，记录此时发动机各路水流量和各压力值；

1.3.2】根据步骤1.3.1】所记录的水流量和压力值，并考虑推力室冷热试差异经验值，将水流量换算成标准入口压力下的推进剂流量，计算混合比和推力是否满足要求，具体要求为混合比偏差应为设计值的±1％，推力偏差应为设计值的±2％；若混合比和推力二者之一不满足要求，则更换另一尺寸的节流圈后重新进行试验，直到混合比和推力都满足要求为止；

推力及混合比的计算方法如下：

k_t＝q_mot/q_mft (3)

F_vt＝(q_mot+q_mft).I_sv (4)

P_ct＝(q_mot+q_mft)/(q_mo+q_mf).P_c (5)

上式中：q_mo为发动机额定工况氧化剂路设计流量；q_mf为发动机额定工况燃料路设计流量；q_mot为发动机额定工况氧化剂路调整流量；q_mft为发动机额定工况燃料路调整流量；q_mow为发动机额定工况氧化剂路水试测量水流量；q_mfw为发动机额定工况燃料路水试测量水流量；

P_iot为发动机额定工况氧化剂路调整入口压力；P_ift为发动机额定工况燃料路调整入口压力；P_iow为发动机额定工况氧化剂路水试入口压力；P_ifw为发动机额定工况燃料路水试入口压力；

P_c为发动机额定工况设计室压；P_ct为发动机额定工况调整室压；P_cw为发动机额定工况水试反压；

ΔP_xo为氧化剂路的冷热试差异经验值，取0.02MPa；ΔP_xf为燃料路的冷热试差异经验值，取0.05MPa；

ρ_o为氧化剂的密度；ρ_f为燃料的密度；

I_sv为发动机额定工况的设计比冲；k_t为发动机额定工况的混合比调整值；I_sv为发动机额定工况的比冲；F_vt为发动机额定工况的推力调整值。

1.4】对发动机在除额定工况外的其余推力工况下，每隔1000N进行一次液流试验，每次液流试验中通过调整发动机中流量调节器的开度使得当前推力工况下发动机的混合比及工况精度满足要求，并记录此时流量调节器的开度；

2】进行发动机热标试车，获取推力室冷热试差异实际值；

3】热标试车后工况调整

3.1】重新获取发动机的推力室、流量调节器、断流阀的液流试验数据，结合步骤2】获取的推力室冷热试差异实际值，计算热标试车后发动机所用节流圈的参数，根据此次计算的节流圈参数计算节流圈的孔径尺寸；

3.2】根据步骤3.1】获得的节流圈孔径尺寸加工节流圈；

3.3】选择满足发动机在最大推力工况下的最终节流圈：

将步骤3.2】加工好的节流圈分别装到发动机上，并分别进行发动机在额定工况的整机液流试验，根据步骤2】获取的推力室冷热试差异实际值和发动机推力室的设计室压，选择满足发动机额定工况要求的最终节流圈；具体方法同步骤1.3.1】-1.3.2】，只是在计算时将上述公式(1)-(5)中的发动机额定工况氧化剂路设计流量q_mo用发动机额定工况氧化剂路热标流量q′_mo替换，将发动机额定工况燃料路设计流量q_mf用发动机额定工况燃料路热标流量q′_mf替换，将发动机额定工况设计室压P_c用发动机额定工况热标室压P′_c替换，将氧化剂路的冷热试差异经验值ΔP_xo用氧化剂路的冷热试差异实际值ΔP′_xo替换，将燃料路的冷热试差异经验值ΔP_xf用燃料路的冷热试差异实际值ΔP′_xf替换，将发动机额定工况的设计比冲I_sv用发动机额定工况下热标试车测量的实际比冲I′_sv替换。

3.4】对发动机在除额定工况外的其余推力工况下，每隔1000N进行一次整机液流试验，每次液流试验中通过调整发动机中流量调节器的开度，使当前推力工况下的发动机的混合比及工况精度满足要求，并记录此时流量调节器的开度；发动机工况调整完成。

采用上述方法调整后对发动机再次试车，得到的混合比和推力的精度见表1、表2。

表1混合比调整精度比较

表2推力调整精度比较

从上述表1和表2可以看出，采用本发明的方法对针栓式喷注器变推力发动机系统工况调整完成后，再次试车混合比偏差为-0.24％～+0.91％，远远小于设计要求的±1％；推力偏差为0.73％～1.72％，小于设计要求的±2％，能够满足发动机的实际工作要求。

Claims (6)

1.针拴式喷注器变推力发动机系统工况调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

1】热标试车前工况调整

1.1】获取推力室、流量调节器、断流阀的液流试验数据，结合推力室冷热试差异经验值，计算热标试车发动机所用节流圈的参数，根据所述参数计算节流圈的孔径尺寸；

1.2】根据步骤1.1】获得的节流圈孔径尺寸加工节流圈；

1.3】选择满足发动机在最大推力工况下的节流圈：

将步骤1.2】加工好的节流圈分别装到发动机上，分别进行发动机在额定工况的液流试验，根据所述推力室冷热试差异经验值和发动机推力室的设计室压，选择满足发动机工况和混合比要求的节流圈；

1.4】对发动机在除额定工况外的其余推力工况下，分别进行一次液流试验，每次液流试验中通过调整发动机中流量调节器的开度使得当前推力工况下发动机的混合比及工况精度满足要求，并记录此时流量调节器的开度；

2】进行发动机热标试车，获取推力室冷热试差异实际值；

3】热标试车后工况调整

3.1】重新获取发动机的推力室、流量调节器、断流阀的液流试验数据，结合步骤2】获取的推力室冷热试差异实际值，计算热标试车后发动机所用节流圈的参数，根据所述参数计算节流圈的孔径尺寸；

3.2】根据步骤3.1】获得的节流圈孔径尺寸加工节流圈；

3.3】选择满足发动机在最大推力工况下的最终节流圈：

将步骤3.2】加工好的节流圈分别装到发动机上，并分别进行发动机在额定工况的液流试验，根据步骤2】获取的推力室冷热试差异实际值和发动机推力室的设计室压，选择满足发动机额定工况要求的最终节流圈；

3.4】对发动机在除额定工况外的其余推力工况下进行液流试验，每次液流试验中通过调整发动机中流量调节器的开度使当前推力工况下的发动机的混合比及工况精度满足要求，并记录此时流量调节器的开度，发动机工况调整完成。

2.根据权利要求1所述的针拴式喷注器变推力发动机系统工况调整方法，其特征在于，所述步骤1.1】、1.3】中涉及的推力室冷热试差异经验值为氧化剂路的冷热试差异经验值ΔP_xo和燃料路的冷热试差异经验值ΔP_xf，其中ΔP_xo取0.02MPa，ΔP_xf取0.05MPa。

3.根据权利要求1所述的针拴式喷注器变推力发动机系统工况调整方法，其特征在于，所述步骤1.1】和步骤3.1】中节流圈的参数均包括节流圈的流量和压降。

4.根据权利要求1所述的针拴式喷注器变推力发动机系统工况调整方法，其特征在于，所述步骤1.3】选择节流圈的方法具体为：

1.3.1】将加工好的一个节流圈安装在发动机上，再将发动机安装在液流试验台上，调整使发动机入口压力和反压满足试验要求，记录此时发动机各路水流量和各压力值；

1.3.2】根据步骤1.3.1】所记录的水流量和压力值，并考虑推力室冷热试差异经验值，将水流量换算成标准入口压力下的推进剂流量，计算混合比和推力是否满足要求，具体要求为混合比偏差应为设计值的±1％，推力偏差应为设计值的±2％；若混合比和推力二者之一不满足要求，则更换另一尺寸的节流圈后重新进行试验，直到混合比和推力都满足要求为止；

推力及混合比的计算方法如下：

k_t＝q_mot/q_mft (3)

F_vt＝(q_mot+q_mft).I_sv (4)

P_ct＝(q_mot+q_mft)/(q_mo+q_mf).P_c (5)

上式中：q_mo为发动机额定工况氧化剂路设计流量；q_mf为发动机额定工况燃料路设计流量；q_mot为发动机额定工况氧化剂路调整流量；q_mft为发动机额定工况燃料路调整流量；q_mow为发动机额定工况氧化剂路水试测量水流量；q_mfw为发动机额定工况燃料路水试测量水流量；

P_iot为发动机额定工况氧化剂路调整入口压力；P_ift为发动机额定工况燃料路调整入口压力；P_iow为发动机额定工况氧化剂路水试入口压力；P_ifw为发动机额定工况燃料路水试入口压力；

P_c为发动机额定工况设计室压；P_ct为发动机额定工况调整室压；P_cw为发动机额定工况水试反压；

ΔP_xo为氧化剂路的冷热试差异经验值；ΔP_xf为燃料路的冷热试差异经验值；

ρ_o为氧化剂的密度；ρ_f为燃料的密度；

I_sv为发动机额定工况的设计比冲；k_t为发动机额定工况的混合比调整值；F_vt为发动机额定工况的推力调整值。

5.根据权利要求1所述的针拴式喷注器变推力发动机系统工况调整方法，其特征在于，所述步骤1.4】和步骤3.4】中，每隔1000N或者500N进行一次液流试验。

6.根据权利要求1所述的针拴式喷注器变推力发动机系统工况调整方法，其特征在于，所述步骤3.3】中选择节流圈的方法具体为：

k_t＝q_mot/q_mft；

F_vt＝(q_mot+q_mft)·I′_sv；

P_ct＝(q_mot+q_mft)/(q′_mo+q′_mf)·P′_c

上式中：q′_mo为发动机额定工况氧化剂路热标流量；q′_mf为发动机额定工况燃料路热标流量；q_mot为发动机额定工况氧化剂路调整流量；q_mft为发动机额定工况燃料路调整流量；q_mow为发动机额定工况氧化剂路水试测量水流量；q_mfw为发动机额定工况燃料路水试测量水流量；

P_iot为发动机额定工况氧化剂路调整入口压力；P_ift为发动机额定工况燃料路调整入口压力；P_iow为发动机额定工况氧化剂路水试入口压力；P_ifw为发动机额定工况燃料路水试入口压力；

P′_c为发动机额定工况热标室压；P_ct为发动机额定工况调整室压；P_cw为发动机额定工况水试反压；

ΔP′_xo为氧化剂路的冷热试差异实际值；ΔP′_xf为燃料路的冷热试差异实际值；

ρ_o为氧化剂的密度；ρ_f为燃料的密度；

I′_sv为发动机额定工况下热标试车测量的实际比冲；k_t为发动机额定工况的混合比调整值；F_vt为发动机额定工况的推力调整值。