超音速涡轮喷嘴有效喉部面积的测量方法及服务器技术

本发明专利技术提供了一种超音速涡轮喷嘴有效喉部面积的测量方法及服务器。该测量方法包括以下步骤：以第一流体作为介质，获取第一涡轮喷嘴在汽蚀状态下的第一参考喉部面积；以第二流体为介质，获取第一涡轮喷嘴在热试车状态下的第一有效喉部面积，通过计算获得第一参考喉部面积与第一有效喉部面积的比值a；后期以第一流体作为介质，获取第二涡轮喷嘴在汽蚀状态下的第二参考喉部面积；根据比值a和第二参考喉部面积直接通过计算获取第二涡轮喷嘴在以第二流体进行热试车状态下的第二有效喉部面积。发明专利技术的测量方法通过简单的液流试验系统获取前期数据，再通过相应地公式计算获取涡轮喷嘴的有效喉部面积，保证测量过程简单、快捷、安全且低成本。

Measuring method and server of effective throat area of supersonic turbine nozzle

【技术实现步骤摘要】
超音速涡轮喷嘴有效喉部面积的测量方法及服务器
本专利技术涉及火箭发动机
，具体为一种超音速涡轮喷嘴有效喉部面积的测量方法及服务器。
技术介绍
涡轮进气壳体中的超音速涡轮喷嘴是液体火箭发动机涡轮泵的关键件，其主要功能是将来自发生器的高温高压燃气加速，产生超音速气流。理论上，涡轮喷嘴的喉部面积与流量呈正比，喉部面积的大小直接影响工质流量，进而影响涡轮的输出功率，对发动机系统调节至关重要，因此每台发动机热试车时涡轮喷嘴的有效喉部面积需要尽可能准确。目前，为测量超音速涡轮喷嘴有效喉部面积，广泛采用的方法为吹风试验。对于超音速喷嘴而言，吹风试验喷嘴气流速度高，噪声大，易对试验人员的听觉系统造成损伤，且气流试验需要高压气源，单次试验周期长，试验台成本高，实验装置和附加系统也较为复杂。
技术实现思路
针对相关技术中的上述技术问题，本专利技术提出一种超音速涡轮喷嘴有效喉部面积的测量方法及服务器。该测量方法噪音小，试验周期短，测量难度低，同时也节约了试验成本。本专利技术的一个方面提供了一种超音速涡轮喷嘴有效喉部面积的测量方法。该测量方法包括以下步骤：以第一流体作为介质，获取第一涡轮喷嘴在汽蚀状态下的第一参考喉部面积；以第二流体为介质，获取所述第一涡轮喷嘴在热试车状态下的第一有效喉部面积，通过计算获得所述第一参考喉部面积与所述第一有效喉部面积的比值a；以所述第一流体作为介质，获取第二涡轮喷嘴在汽蚀状态下的第二参考喉部面积；根据所述比值a和所述第二参考喉部面积获取所述第二涡轮喷嘴在以所述第二流体进行热试车状态下的第二有效喉部面积；其中所述第一涡轮喷嘴和所述第二涡轮喷嘴为同规格喷嘴。进一步地，所述以第一流体作为介质，获取第一涡轮喷嘴在汽蚀状态下的第一参考喉部面积的方法为：其中，C为流量系数，A1为喉部面积，单位为mm2；C*A1为第一参考喉部面积；Qm1为所述第一流体的质量流量，单位为kg/s；Pi1为入口总压，单位为MPa；Ps1为气蚀状态下的饱和蒸气压，单位为MPa；ρ1为所述第一流体在气蚀状态下的密度，单位为kg/m3。进一步地，所述以第二流体为介质，获取所述第一涡轮喷嘴在热试车状态下的第一有效喉部面积，通过计算获得所述第一参考喉部面积与所述第一有效喉部面积的比值a的方法为：其中其中，Qmf为所述第二流体的质量流量，单位为kg/s；r为通过混合比计算得到的所述第二流体指数；Pi为入口总压，单位为MPa；R为通过混合比计算得到的所述第二流体气体常数；Ti为入口总温，单位为K；Cf为流量系数；A1为喉部面积，单位为mm2；Cf*A1为所述第一有效喉部面积。计算得到所述第一有效喉部面积Cf*A后再通过公式：a＝(C*A1)/(Cf*A1)计算得到a。进一步地，以所述第一流体作为介质，获取第二涡轮喷嘴在汽蚀状态下的第二参考喉部面积的方法为；其中，C为流量系数，A2为喉部面积，单位为mm2；C*A2为第二参考喉部面积；Qm2为所述第一流体的质量流量，单位为kg/s；Pi2为入口总压，单位为MPa；Ps2为气蚀状态下的饱和蒸气压，单位为MPa；ρ2为所述第一流体在气蚀状态下的密度，单位为kg/m3。进一步地，根据所述比值a和所述第二参考喉部面积获取所述第二涡轮喷嘴在以所述第二流体进行热试车状态下的第二有效喉部面积的方法为：通过所述第二涡轮喷嘴的所述第二参考喉部面积与a值之比获得所述第二有效喉部面积，具体方法为：其中Cf*A2为所述第二有效喉部面积，C*A2为所述第二参考喉部面积。进一步地，所述的以第一流体作为介质，获取第一涡轮喷嘴在汽蚀状态下的第一参考喉部面积之前还包括：使用所述第一流体作为介质，逐渐改变入口总压压力，当在不同入口总压值下得到的所述第一参考喉部面积C*A1值相近且在允许误差内，确定此时为气蚀状态。进一步地，所述的以所述第一流体作为介质，获取第二涡轮喷嘴在汽蚀状态下的第二参考喉部面积之前还包括：使用第一流体作为介质，逐渐改变入口总压压力，当在不同入口总压值下得到的所述第二参考喉部面积值相近且在允许误差内，确定此时已经达到气蚀状态。进一步地，所述通过计算获得所述第一参考喉部面积与所述第一有效喉部面积的比值a，具体包括：分别获取多个同规格涡轮喷嘴的参考喉部面积和有效喉部面积，计算每个涡轮喷嘴的参考喉部面积和有效喉部面积的比值；当多个比值数值相近且在允许误差范围内，取多个比值的平均值为比值a。在一个实施例中，以所述第一流体为介质进行液流试验的测量装置包括：通过管路依次连接的储液装置、泵压装置、阀门、测流装置、测压装置、测温装置和涡轮喷嘴，其中储液装置用来储存所属第一流体，阀门用来控制液态水的流量，测流装置用于测量流体流量，测压装置用于测量流体压力，测温装置用于测量流体温度。通过调节阀门进而调节进入涡轮喷嘴的水流量，当涡轮喷嘴达到临界状态(即汽蚀状态)时，停止调节阀门，根据测流装置、测压装置、测温装置的参数和查得的入口温度下的饱和蒸气压值以及液态水的密度值，可以计算得到第一参考喉部面积的值。在一个实施例中，以所述第一流体作为介质进行试验的过程中，所述入口总压是通过设置在所述第一流体入口处的压力传感器测得的。在一个实施例中，以所述第一流体作为介质进行试验的过程中，所述入口总温是通过设置在所述第一流体入口处的温度传感器测得的。本专利技术的另一个方面提供了一种服务器，包括存储器和处理器，其中所述存储器存储可执行程序，所述处理器用于调用所述可执行程序，以执行上述的测量方法。本专利技术的超音速涡轮喷嘴有效喉部面积的测量方法，通过前期试验计算得到参考喉部面积和有效喉部面积的比值a，进而后期待测涡轮喷嘴在测得参考喉部面积后，可以与比值a结合计算得到热试车阶段的有效喉部面积，实现快速准确地测量超音速涡轮喷嘴有效喉部面积。在阅读具体实施方式并且在查看附图之后，本领域的技术人员将认识到另外的特征和优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据本专利技术实施例的超音速喷嘴有效喉部面积的测量方法的流程图。图2是根据本专利技术实施例的以第一种介质实施液流试验的测量装置结构图。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。诸如“下面”、“下方”、“在…下”、“低”、“上方”、“在…上”、“高”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释一个元件相对于第二元件的定位，表示除了与图中示出的那些取向不同的取向以外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。另外，例如“一个元件在另一个元件上/下”可以表示两个元件直接接触，也可以表示两个元件之间还具有其他元件。此外，诸如“第一”、“第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超音速涡轮喷嘴有效喉部面积的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/n以第一流体作为介质，获取第一涡轮喷嘴在汽蚀状态下的第一参考喉部面积；/n以第二流体为介质，获取所述第一涡轮喷嘴在热试车状态下的第一有效喉部面积，通过计算获得所述第一参考喉部面积与所述第一有效喉部面积的比值a；/n以所述第一流体作为介质，获取第二涡轮喷嘴在汽蚀状态下的第二参考喉部面积；/n根据所述比值a和所述第二参考喉部面积获取所述第二涡轮喷嘴在以所述第二流体进行热试车状态下的第二有效喉部面积；其中所述第一涡轮喷嘴和所述第二涡轮喷嘴为同规格喷嘴。/n

【技术特征摘要】
1.一种超音速涡轮喷嘴有效喉部面积的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
以第一流体作为介质，获取第一涡轮喷嘴在汽蚀状态下的第一参考喉部面积；
以第二流体为介质，获取所述第一涡轮喷嘴在热试车状态下的第一有效喉部面积，通过计算获得所述第一参考喉部面积与所述第一有效喉部面积的比值a；
以所述第一流体作为介质，获取第二涡轮喷嘴在汽蚀状态下的第二参考喉部面积；
根据所述比值a和所述第二参考喉部面积获取所述第二涡轮喷嘴在以所述第二流体进行热试车状态下的第二有效喉部面积；其中所述第一涡轮喷嘴和所述第二涡轮喷嘴为同规格喷嘴。


2.根据权利要求1所述的一种超音速涡轮喷嘴有效喉部面积的测量方法，其特征在于，所述以第一流体作为介质，获取第一涡轮喷嘴在汽蚀状态下的第一参考喉部面积的方法为：



其中，C为流量系数，A1为喉部面积，单位为mm2；C*A1为第一参考喉部面积；Qm1为所述第一流体的质量流量，单位为kg/s；Pi1为入口总压，单位为MPa；Ps1为气蚀状态下的饱和蒸气压，单位为MPa；ρ1为所述第一流体在气蚀状态下的密度，单位为kg/m3。


3.根据权利要求2所述的一种超音速涡轮喷嘴有效喉部面积的测量方法，其特征在于，所述以第二流体为介质，获取所述第一涡轮喷嘴在热试车状态下的第一有效喉部面积，通过计算获得所述第一参考喉部面积与所述第一有效喉部面积的比值a的方法为：
首先计算得到所述第一有效喉部面积Cf*A1，具体如下：



其中
其中，Qmf为所述第二流体的质量流量，单位为kg/s；r为通过混合比计算得到的所述第二流体指数；Pi为入口总压，单位为MPa；R为通过混合比计算得到的所述第二流体气体常数；Ti为入口总温，单位为K；Cf为流量系数；A1为喉部面积，单位为mm2；
其次通过公式：a＝(C*A1)/(Cf*A1)
计算得到a。


4.根据权利要求3所述的一种超音速涡轮喷嘴有效喉部面积的测量方法，其特征在于，以所述第一流体作为介质，获取第二涡轮喷嘴在汽蚀状态下的第二参考喉部面积的方法为；



其中，C为流量系数，A2为喉部面积，单位为mm2；C*A2为第二参考喉部面积；Qm2为所述第一流体的质量流量，单位为kg/s；Pi2为入口总压，单位为MPa；Ps2为气蚀状态下的饱和蒸气压，单位为MPa；ρ2为所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金鸽，王磊，李永鹏，
申请(专利权)人：蓝箭航天空间科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11