[发明专利]音速喷嘴自动标定系统及自动标定方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及火箭发动机地面试验的推进剂输送系统，主要用于气体推进剂的流量控制器(音速喷嘴)的流量特性的标定。

【背景技术】

音速喷嘴是气体推进剂(如氧气等)输送系统中的重要部件，它的作用是控制流量。音速喷嘴的结构形式如图1所示，是一个先收缩后扩张的拉法尔喷管，气体推进剂由左向右流动，流通面积最小的截面称为喉部。音速喷嘴的流量控制原理可以用流量公式表示：

m·=μKPTA---(1)]]>

式中，

是通过音速喷嘴的气体流量；

μ是结构系数，由音速喷嘴的结构尺寸和加工质量决定；

K是流量系数，只与通过音速喷嘴的气体种类有关；

P是音速喷嘴入口总压；

T是气体总温；

A是音速喷嘴喉部面积。

由流量公式可以看出，一个音速喷嘴在一次试验过程中，μ、K、T、A都是常数，取：

a=μKAT---(2)]]>

则流量公式(1)可以表示为：

m·=aP---(3)]]>

(3)式所表示的流量与入口总压P之间的关系称为音速喷嘴的流量特性。一个音速喷嘴的流量特性明确后，就可以通过控制入口总压来控制流量。

由于加工误差、加工质量的不确定性等问题的存在，音速喷嘴生产出来之后，必须对其进行标定，以获得流量特性。

音速喷嘴传统的标定系统如图2所示，高压气罐1中贮存有洁净的高压气体，高压手阀2是系统的上游阀门，打开手阀2，高压气体通过减压器4降低压力，低压气体经过流量计6、被测音速喷嘴8，到达电磁阀9前端。减压器4是系统的核心部件，被测音速喷嘴8的入口总压由减压器4控制。通过调节减压器4，能够将入口的高压气体变为任意需要的低压气体，其出口压力即是被测音速喷嘴8的入口压力。压力表3用来监测气源压力，压力表5用来监测减压器出口压力，压力表7用来监测音速喷嘴入口压力，流量计6用来测量流量。

标定开始后，首先调节减压器4，使其出口压力为某一值，打开系统阀门9，系统开始工作，待工作稳定后，记录压力表7和流量计6的数据，之后关闭电磁阀9。重新调节减压器4，改变其出口压力，之后打开电磁阀9重新试验，并记录压力表7和流量计6的数据，重复多次，可以得到一组音速喷嘴的流量与入口压力的数据，将数据进行回归分析，拟合得到流量与压力的关系曲线，即是被测音速喷嘴的流量特性。

图2所示的标定系统，对每一个音速喷嘴入口压力P，都要调节减压器4，调节好之后再打开电磁阀9并记录数据，而一个音速喷嘴的标定往往要观察、记录几十个不同的入口压力与流量数据，采用图2所示的系统与方法需要重复几十次手动调节减压器和开关阀门的过程，费时费力。而且考虑到安全，标定系统与阀门控制装置往往不在同一个现场，二者要离开一定的距离，因此标定音速喷嘴需要至少两个人来操作，一个人调节减压器，一个人开关阀门和采集数据，而且两人必须保持通讯，这使得标定效率比较低下。

【发明内容】