[发明专利]一种大流量液体输送系统频率特性试验系统及方法

说明书

本发明涉及一种大流量液体输送系统频率特性试验系统及方法，解决现有大流量液体输送系统频率特性试验缺少适合于宽频率范围、激励能量高的流体脉动激励系统的问题。系统包括试验台、液体输送系统、水力激振系统、蓄压器和节流组件；液体输送系统包括依次连接的主导管、氧化剂主阀、燃烧室氧化剂头腔和喷注器；水力激振系统包括连接在激励源管路上的第一节流圈和第二节流圈，第一节流圈和第二节流圈之间设置有旁通管路，转盘式脉动压力激励器设置在旁通管路上；试验台和主导管通过试验台主管路连接，蓄压器和节流组件均设置在试验台主管路上；水力激振系统出口连接至液体输送系统的燃烧室头腔或者主管路中。

技术领域

本发明涉及液体火箭发动机领域，具体涉及一种大流量液体输送系统频率特性试验系统及方法，用于分析液体火箭发动机泵后液体输送系统的频率响应特性。

背景技术

液体火箭发动机推进剂液体输送系统较为复杂，在工程实践中发现存在多种与推进剂液体输送系统频率特性相关的动力学问题，如低频的POGO问题、阀门自动器的振荡问题，燃烧组件与液体输送系统的耦合振荡燃烧问题、喷注器的动态喷注特性问题，若对上述问题进行研究，需要开展不同频率范围的动力学试验，以研究复杂液体输送系统的频率响应特性。由于发动机液体输送系统结构复杂，尤其是大流量的泵压式火箭发动机，包含了管路、阀门、推力室头腔、喷注器等多个组件，该类流体频率响应特性试验通常难以实施，一方面是缺少适合于宽频率范围、激励能量高的流体脉动激励系统；另一方面，大流量的流体液体输送系统动力学边界条件在液流试验台上难以模拟，尤其是对声学闭端入口边界条件的模拟缺少指导性方法；此外，如何选择试验台的流量、压力参数，提高试验数据的信噪比和准确性，也是很大的难题。

发明内容

本发明的目的是解决现有大流量液体输送系统频率特性试验缺少适合于宽频率范围、激励能量高的流体脉动激励系统，以及大流量的流体液体输送系统动力学边界条件在液流试验台上难以模拟等问题，而提供一种大流量液体输送系统频率特性试验系统及方法。

本发明的技术方案是：

一种大流量液体输送系统频率特性试验系统，包括试验台、液体输送系统、水力激振系统、蓄压器和节流组件；所述液体输送系统包括依次连接的主导管、氧化剂主阀、燃烧室氧化剂头腔和喷注器；所述水力激振系统包括连接在激励源管路上的第一节流圈和第二节流圈，所述第一节流圈和第二节流圈之间设置有旁通管路，转盘式脉动压力激励器设置在旁通管路上；所述试验台和主导管通过试验台主管路连接，所述蓄压器和节流组件均设置在试验台主管路上；所述水力激振系统出口连接至液体输送系统的燃烧室氧化剂头腔中。

同时，本发明还提供一种基于大流量液体输送系统频率特性试验系统的试验方法，包括以下步骤：

1)配置液体输送系统：液体输送系统包括依次连接的主导管、氧化剂主阀、燃烧室氧化剂头腔和喷注器，并在液体输送系统沿程布置脉动压力测点；

2)选择试验台主路流量工况：如果试验台能力满足液体输送系统全流量能力，则试验台主流量为液体输送系统在发动机中的工作流量；如果试验台能力不能满足全流量能力，则选择试验台主流量满足液体输送系统内部为充分湍流状态；

3)在试验台上模拟液体输送系统在发动机中的边界条件：液体输送系统入口端模拟为声学闭端边界，液体输送系统出口端模拟为声学开端边界；

4)根据试验台主路流量和设定的频率范围，利用转盘式脉动压力激励器，计算激励源管路所需的平均流量和压力，并搭建产生中、高频脉动压力信号的水力激振系统，在水力激振系统出口端布置脉动压力传感器测点和稳态压力传感器测点；

5)将水力激振系统出口连接至液体输送系统的燃烧室氧化剂头腔中；

6)在液体输送系统入口边界上游的试验台主管路上设置蓄压器，试验中保证蓄压器包含1/5～1/3总容积的气垫；

7)试验台主路通液，流量逐步增大至设计的流量工况；