[发明专利]一种减压阀流固耦合振动参数识别方法

说明书

本发明提供一种减压阀流固耦合振动参数识别方法，具体过程为：(一)通过三通在减压阀的低压腔、高压腔及调压腔处各布置一个压力传感器；(二)利用各传感器测量减压阀开阀瞬间低压腔、高压腔及调压腔气体的冲击压力信号；(三)采用短时傅里叶变换分析上述压力信号的频率特性；(四)根据所述频率特性和减压阀流固耦合振动有限元模型的模态计算结果，确定减压阀的振动主频率；(五)基于半功率带宽法识别振动主频率处的阻尼比，根据所述阻尼比实现对减压阀振动控制。该方法通过识别减压阀流固耦合振动阻尼比，并依据其可对减压阀进行有效振动控制。

技术领域

本发明属于航天工程技术领域，具体涉及一种减压阀流固耦合振动参数识别方法。

背景技术

减压阀是运载火箭地面供气系统中的一个关键单机。减压阀在工作时将气源的高压减低并稳定到所需的压力。当减压阀的进出口压力高、流量大、介质为氦气、氮气和空气等时，减压阀开阀瞬间极易发生流固耦合共振，进而激发整个系统发生强烈共振。由于减压阀振动属于流固耦合振动，其振动机理极其复杂，故识别出反映流固耦合振动特性的振动频率和阻尼比等参数非常困难。

发明内容

本发明的目的是提出一种减压阀流固耦合振动参数识别方法，该方法通过识别减压阀流固耦合振动主频率及其阻尼比，并依据其可对减压阀进行有效振动控制。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种减压阀流固耦合振动参数识别方法，具体过程为：

(一)在减压阀的低压腔、高压腔及调压腔处各布置一个压力传感器；

(二)利用各传感器测量减压阀开阀瞬间低压腔、高压腔及调压腔气体的冲击压力信号；

(三)采用短时傅里叶变换分析上述压力信号的频率特性；

(四)根据所述频率特性和减压阀流固耦合振动有限元模型的模态计算结果，确定减压阀的振动主频率；

(五)基于半功率带宽法识别振动主频率处的阻尼比，根据所述阻尼比实现对减压阀振动控制。

进一步地，本发明通过控制敏感活塞和阀体之间的阻尼比来改变所述振动主频率处的阻尼比，实现对减压阀流固耦合振动控制。

进一步地，本发明所述有限元模型的建立过程为：1)采用实体单元对减压阀进行网格划分；选用气柱弹簧模拟低压腔、高压腔及调压腔所受压力，计算减压阀在各个工况下高压腔、低压腔和调压腔的气柱弹簧刚度；把高压腔气柱弹簧的一端与弹簧座相联，另一端与压盖相联；把低压腔气柱弹簧的一端与减压阀阀体相联，另一端与敏感活塞相联；把调压腔气柱弹簧的一端与减压阀阀盖相联，另一端与敏感活塞相联；2)在敏感活塞与阀体圆柱孔之间设置运动接触副。

有益效果

本发明方法对比已有技术，能够正确识别减压阀流固耦合振动主频率及阻尼比，并根据阻尼比实现对减压阀振动控制，具有快速、简单、方便和正确的效果。

附图说明

图1为本发明振动参数识别方法的流程图；

图2为本发明实施方式的减压阀三个气腔压力传感器布置示意图；

11-调压腔气体压力测点；12-高压腔气体压力测点；13-低压腔气体压力测点；

图3为开阀瞬间减压阀调压腔气体压力信号短时傅里叶变换后，得到的流固耦合振动频率与阻尼比识别结果图；

图4为减压阀流固耦合振动有限元计算模型；

21-调压腔气体等效弹簧；22-敏感活塞；23-低压腔气体等效弹簧；24-阀体；25高压腔气体等效弹簧；26-弹簧座；27-阀芯；

图5为减压阀流固耦合振动第三阶振动模态图。

具体实施方式