[发明专利]一种发动机试验推进剂供应低频脉动抑制方法及系统

说明书

本发明涉及一种发动机试验推进剂供应低频脉动抑制方法及系统，采用了对推进剂供应管路进行精确的氦气注入，通过气体的掺混改变推进剂供应系统的固有频率，并通过对注入气量、气体分布、注入气体形态的精确控制，达到对推进剂的自身脉动进行调节，减少推进剂供应系统与发动机耦合的情况。通过此种方法的应用，降低推进剂供应的脉动，提高推进剂供应稳定性，进而提高整个发动机泵系统的稳定性。该方法和系统在发动机试验中进行了应用。

技术领域

本发明涉及一种发动机试验推进剂供应低频脉动抑制方法及系统。

背景技术

在火箭发动机试验中，由于涡轮泵的高速旋转，导致推进剂供应管路中存在较为严重的压力和流量脉动。脉动干扰降低了发动机工作的稳定性，并且当脉动与供应系统的其他部件频率相近时，会发生共振现象，影响整个试验系统的稳定性。现有常规的方法是使用蓄能器进行调节，此种方法设备重量大，调节效果不理想。

发明内容

为了降低推进剂供应系统的压力和流量脉动，提高推进剂供应稳定性，进而提高整个发动机泵系统的稳定性，本发明提供了一种发动机试验推进剂供应低频脉动抑制方法，根据该方法的模拟仿真计算结果同时提供了一种结构简单的发动机试验推进剂供应低频脉动抑制系统。采用了对推进剂供应管路进行精确的氦气注入，通过气体的掺混改变推进剂供应系统的固有频率，并通过对注入气量、气体分布、注入气体形态的精确控制，达到对推进剂的自身脉动进行调节，减少推进剂供应系统与发动机耦合的情况。

由于发动机涡轮泵具有的气蚀裕度，在形态气量可控的情况下，不会对发动机的工作造成影响。通过此种方法的应用，降低推进剂供应的脉动，提高推进剂供应稳定性，进而提高整个发动机泵系统的稳定性。该方法和系统在发动机试验中进行了应用。

本发明的技术解决方案是提供一种发动机试验推进剂供应低频脉动抑制方法，包括以下步骤：

步骤一：氦气气泡流量确认；

根据单气泡动力学分析方法，通过控制注入推进剂中氦气的流量，控制调节注入推进剂中的氦气气泡的平均直径，保证注入气泡尺寸小于临界半径；参考单气泡临界半径计算公式：

式中ρ_l、ρ_g分别是液体和注入氦气的密度；u_g是注入氦气的表观速度(表观速度即为多相流动中某一相单独流过的折算速度)；

步骤二：通过高速摄像气体分散试验结合仿真分析建立注气流量下的布气装置指导模型；

2.1、通过对布气装置的不同开孔形式下的气流分布情况进行仿真，根据仿真结果优化布气装置，达到气泡均匀分布，确保氦气在进入发动机前不会聚集成大型气泡；

2.2、建立包含流体供应试验系统，气泡分布可视化透明管道，高速摄影监视系统的气泡分布试验系统；

2.3、通过高速摄影获取氦气气泡从步骤2.1优化后的布气装置中流出，均匀分布到流体中，在流动过程中的气泡分布情况及气泡重新分布的高速摄影图像；结合图像与气泡分布情况进行对比分析，获得可靠的气泡分布仿真模型；

2.4、通过步骤2.3得到的可靠的气泡分布仿真模型建立，修正布气装置；得到氦气注入所需的布气装置指导模型。

本发明还提供一种发动机试验推进剂供应低频脉动抑制系统，其特殊之处在于：包括沿氦气流向依次设置的氦气供应配气系统、恒体积流量气体注入系统及四角切圆布气装置；

上述氦气供应配气系统包括氦气瓶、集气管、液氧配气系统及煤油配气系统；

上述氦气瓶的出口通过截止阀、过滤器及氦气出气管接入集气管中；

上述液氧配气系统及煤油配气系统均包括设置在氦气出气管上的质量流量计、截止阀、减压器、第一电磁阀及音速孔板；