一种基于圆光栅的旋转阀辅助导流排气面积测量方法技术

本发明专利技术公开的一种基于圆光栅的旋转阀辅助导流排气面积测量方法，属于旋转阀测量技术领域。本发明专利技术实现方法为：基于圆光栅与辅助导流排气孔的位置对应关系，通过读数头读取圆光栅刻度线变化，获取辅助导流孔的位置x信号。数据处理模块根据建立的S2与x函数关系直接实时输出S2随x变化曲线图，获取单个或多个周期性分布辅助导流排气孔有效排气面积S2随运动位置x实时变化规律，实现非接触方式进行排气面积测量。本发明专利技术要解决的技术问题为：基于圆光栅实现单个或多个周期性分布辅助导流排气孔有效排气面积的非接触式测量，进而能够避免接触式测量带来的烧蚀、变形、磨损等问题，此外，还具有误差小、实时性好的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于圆光栅的旋转阀辅助导流排气面积测量方法
本专利技术涉及旋转阀辅助导流排气面积测量方法，具体涉及一种基于圆光栅的旋转阀辅助导流排气面积测量方法，属于旋转阀测量

技术介绍
随着我国航空宇航科学技术的不断进步，越来越多高能复合推进剂被应用到新型号固体火箭发动机(SRM)研制工作中，然而高能复合推进剂燃烧进程中易产生燃烧不稳定，譬如压力振荡等，导致SRM熄火甚至爆炸。为了表征推进剂的燃烧稳定性，引入压力耦合响应函数(Rp)，其实部大小用于表征推进剂燃烧稳定性。由于目前理论计算方法尚不成熟，针对复杂配方高能推进剂其Rp主要通过实验手段测量获取。上世纪80年代Brown,R.S.等人提出“旋转阀测试方案”，该方案具有测试精度高、测试值接近真实发动机工况等特点，是一种良好的测试方案。然而旋转阀测试方法对辅助导流排气通道面积变化实时测量精度要求较高，传统方法主要采用接触式的方案进行测量，譬如采用运动Teflon探针与黄铜片相结合的方式，通过探针与黄铜片接触的形式间接获取排气通道面积变化情况。但在高温高压燃气条件下，运动探针存在变形、烧蚀、磨损等问题，且需要经常更换及位置定位，使得接触式方案存在测量误差大、实时性差，定位可靠性低、费工又费时的问题。基于上述存在的挑战性，国内研究者尚未提出有效的解决方案，这使得具有良好测试效果的“旋转阀测试方案”当前未在国内得到推广应用，进而影响高能推进剂Rp的精确测量工作。因此，需要提出一种克服上述问题的可替代面积测量方法，应用于旋转阀测试系统，提高我国固体推进领域响应函数测试精度。
技术实现思路
为解决目前已知面积实时测量方法存在误差大、实时性差等问题，本专利技术公开的一种基于圆光栅的旋转阀辅助导流排气面积测量方法要解决的技术问题为：基于圆光栅实现对旋转阀辅助导流排气面积的非接触式测量，进而能够避免接触式测量带来的烧蚀、变形、磨损等问题，此外，还具有误差小、实时性好的优点。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。本专利技术公开的一种基于圆光栅的旋转阀辅助导流排气面积测量方法，在旋转阀主轴外端开有键槽的一侧通过固定的形式安装圆光栅，在距圆光栅周向端面预设距离固定安装光栅探头，旋转阀主轴中部沿径向均匀分布M个辅助导流排气孔，在辅助导流排气孔对应所在径向位置固定安装定子通道，所述的定子通道与辅助导流排气孔外周表面相切。根据辅助导流排气孔形状建立辅助导流排气孔位置x与光栅探头探测到的刻度线数量i之间的关系，此外，根据辅助导流排气孔形状和定子通道孔的形状建立辅助导流排气孔有效排气面积S2与辅助导流排气孔位置x之间的函数关系，最终确定辅助导流排气孔有效排气面积S2与光栅探头探测到的刻度线数量i之间的关系，进而能够实时得出有效排气面积S2与运动位置x的关系曲线图，即实现单个辅助导流排气孔完整经过定子通道过程中效排气面积S2的实时非接触式测量。当旋转阀主轴转动时，单个辅助导流排气孔完整经过定子通道的过程定义为一个有效排气周期，作为优选，为保证一个有效排气周期内辅助导流排气孔的有效排气面积S2呈正弦变化，设计辅助导流排气孔为圆孔，定子通道为方形。当设计辅助导流排气孔为圆孔，定子通道为方形时，本专利技术公开的一种基于圆光栅的旋转阀辅助导流排气面积测量方法，包括如下步骤：步骤一、在旋转阀主轴外端开有键槽的一侧通过固定的形式安装圆光栅，在距圆光栅周向端面预设距离固定安装光栅探头，旋转阀主轴中部沿径向均匀分布M个辅助导流排气孔，在辅助导流排气孔对应所在径向位置固定安装中间开有方形孔的定子通道，所述的定子通道与辅助导流排气孔外周表面相切。气流从定子通道的方形孔经由辅助导流排气孔的圆孔排出。当旋转阀主轴转动时，单个辅助导流排气孔完整经过定子通道的过程定义为一个有效排气周期，一个有效排气周期内辅助导流排气孔有效排气面积S2呈正弦变化。在旋转阀主轴外端开有键槽的一侧通过固定的形式安装圆光栅，所述固定的形式安装优选螺钉固定。在距圆光栅周向端面预设距离固定安装光栅探头，所述的预设距离根据光栅探头尺寸、光信号强度及安装角度而定。步骤二、设定已知变量导流排气孔圆孔的半径R3，定子通道的方形孔边长L、圆光栅的半径R1及其表面的刻度线总数N，设计保证将⊙O1→⊙O3运动过程近似简化处理为平动过程步骤2.1：设定导流排气孔圆孔的半径R3和定子通道的方形孔边长L，为保证一个有效排气周期内辅助导流排气孔有效排气面积S2呈正弦变化，需保证L＝2R3。步骤2.2：设定圆光栅的半径R1及其表面的刻度线总数N，圆光栅的半径R1及其表面的刻度线总数N满足如下几何关系：N＝2πR1/Δx(1)其中：Δx为相邻两个刻度线之间的距离。步骤2.3：设计保证将⊙O1→⊙O3运动过程近似简化处理为平动过程为设计保证将⊙O1→⊙O3运动过程近似简化处理为平动过程需设计保证R1＞＞R3，在R1＞＞R3条件下，单个辅助导流排气孔完整经过方形孔定子通道运动轨迹⊙O1→⊙O3为小弧面，运动轨迹⊙O1→⊙O3为小弧面指步骤三、根据步骤二设定的已知变量尺寸关系，确定单个辅助导流排气孔完整经过方形孔定子通道有效排气面积S2与运动距离x之间的变化关系，如下式所示：其中，θt为中间变量，x＝iΔx为平动距离，i为光栅探头读取的光栅刻度线数。步骤四、步骤二已保证关系，在单个辅助导流排气孔完整经过方形孔定子通道过程中，所对圆心角进而确定其在圆光栅上所对应的刻度线总数n＝θN/2π＝2NR3/πR1，每两条刻度线的距离为Δx，即4R3＝nΔx。通过光栅探头探测圆光栅上零位刻度线，当刻度线累计达到n条，则表明单个辅助导流排气圆孔完整经过方形定子通道。步骤五、光栅探头将获取的光栅刻度线信号实时传递给数据处理模块，当读取到第i条刻度线时，则表明辅助导流排气孔运动距离x＝iΔx。数据处理模块基于公式(2)得到有效排气面积S2与距离x之间的函数关系，根据有效排气面积S2与距离x之间的函数关系能够实时得出有效排气面积与运动位置关系的曲线图，即实现对单个辅助导流排气孔完整经过方形孔定子通道过程中有效排气面积S2的实时测量。为实现对多个周期性均匀分布辅助导流排气孔运动过程有效排气面积S2进行实时测量，还包括步骤六：对于周向等间距均匀分布的M个辅助导流排气孔，相邻两个排气圆形孔的间距为2πR1/M，对应的光栅刻度线总数为N/M，即光栅刻度线每增量累计达到N/M条时，有效排气面积S2周期性变化一次，即所述有效排气面积S2单个周期包括一个“有效排气段”和一个“零位过渡段”，其中，“有效排气段”表示单个辅助导流排气孔完整经过方形孔定子通道过程，“零位过渡段”，表示在此阶段有效通气面积S2≡0。所述有效排气面积S2变化关系满足下式：因此，通过公式(3)确定周期性均匀分布的辅助导流排气孔有效排气面积S2随运动距离x之间的变化关系，能够实时得出多个周期性均匀分布辅助导流排气孔的有效排气面积S2与运动距离x之间关系的曲线图，即实现多个周期性均匀分布辅助导流排气孔完整经过方形孔定子通道过程中效排气面积S2的实时测量。有益效果：1、本专利技术公开的一种基于圆光栅的旋转阀辅助导流排气面积测量方法，通过使用光栅探头监测圆光栅上刻度线数量变化进而实现对导流排气圆孔运动位置的实时测量，即通过推导的公式(2)能够确定辅助本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于圆光栅的旋转阀辅助导流排气面积测量方法，其特征在于：在旋转阀主轴(5)外端开有键槽的一侧通过固定的形式安装圆光栅(1)，在距圆光栅(1)周向端面预设距离固定安装光栅探头(4)，旋转阀主轴(5)中部沿径向均匀分布M个辅助导流排气孔(3)，在辅助导流排气孔(3)对应所在径向位置固定安装定子通道(2)，所述的定子通道(2)与辅助导流排气孔(3)外周表面相切；根据辅助导流排气孔(3)形状建立辅助导流排气孔位置x与光栅探头(4)探测到的刻度线数量i之间的关系，此外，根据辅助导流排气孔(3)形状和定子通道(2)孔的形状建立辅助导流排气孔(3)有效排气面积S2与辅助导流排气孔(3)位置x之间的函数关系，最终确定辅助导流排气孔(3)有效排气面积S2与光栅探头(4)探测到的刻度线数量i之间的关系，进而能够实时得出有效排气面积S2与运动位置x的关系曲线图，即实现单个辅助导流排气孔(3)完整经过定子通道(2)过程中效排气面积S2的实时非接触式测量。

【技术特征摘要】
1.一种基于圆光栅的旋转阀辅助导流排气面积测量方法，其特征在于：在旋转阀主轴(5)外端开有键槽的一侧通过固定的形式安装圆光栅(1)，在距圆光栅(1)周向端面预设距离固定安装光栅探头(4)，旋转阀主轴(5)中部沿径向均匀分布M个辅助导流排气孔(3)，在辅助导流排气孔(3)对应所在径向位置固定安装定子通道(2)，所述的定子通道(2)与辅助导流排气孔(3)外周表面相切；根据辅助导流排气孔(3)形状建立辅助导流排气孔位置x与光栅探头(4)探测到的刻度线数量i之间的关系，此外，根据辅助导流排气孔(3)形状和定子通道(2)孔的形状建立辅助导流排气孔(3)有效排气面积S2与辅助导流排气孔(3)位置x之间的函数关系，最终确定辅助导流排气孔(3)有效排气面积S2与光栅探头(4)探测到的刻度线数量i之间的关系，进而能够实时得出有效排气面积S2与运动位置x的关系曲线图，即实现单个辅助导流排气孔(3)完整经过定子通道(2)过程中效排气面积S2的实时非接触式测量。2.如权利要求1所述的一种基于圆光栅的旋转阀辅助导流排气面积测量方法，其特征在于：为保证一个有效排气周期内辅助导流排气孔(3)的有效排气面积S2呈正弦变化，设计辅助导流排气孔(3)为圆孔，定子通道(2)为方形。3.一种基于圆光栅的旋转阀辅助导流排气面积测量方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一、在旋转阀主轴(5)外端开有键槽的一侧通过固定的形式安装圆光栅(1)，在距圆光栅(1)周向端面预设距离固定安装光栅探头(4)，旋转阀主轴(5)中部沿径向均匀分布M个辅助导流排气孔(3)，在辅助导流排气孔(3)对应所在径向位置固定安装中间开有方形孔的定子通道(2)，所述的定子通道(2)与辅助导流排气孔(3)外周表面相切；气流从定子通道(2)的方形孔经由辅助导流排气孔(3)的圆孔排出；当旋转阀主轴(5)转动时，单个辅助导流排气孔(3)完整经过定子通道(2)的过程定义为一个有效排气周期，一个有效排气周期内辅助导流排气孔(3)有效排气面积S2呈正弦变化；所述的辅助导流排气孔(3)为圆孔，定子通道(2)为方形；步骤二、设定已知变量导流排气孔(3)圆孔的半径R3，定子通道(2)的方形孔边长L、圆光栅(1)的半径R1及其表面的刻度线总数N，设计保证将⊙O1→⊙O3运动过程近似简化处理为平动过程步骤2.1：设定导流排气孔(3)圆孔的半径R3和定子通道(2)的方形孔边长L，为保证一个有效排气周期内辅助导流排气孔(3)有效排气面积S2呈正弦变化，需保证L＝2R3；步骤2.2：设定圆光栅(1)的半径R1及其表面的刻度线总数N，圆光栅(1)的半径R1及其表面的刻度线总数N满足如下几何关系：N＝2πR1/Δx(1)其中：Δx为相邻两个刻度线之间的距离；步骤2.3：设计保证将⊙O1→⊙O3运动过程近似简化处理为平动过程为设计保证将⊙O1→⊙O3运动过程近似简化处理为平动过...

【专利技术属性】
技术研发人员：席运志，李军伟，王宁飞，刘玉群，张智慧，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11