一种火箭贮箱推进剂流场可视化试验验证系统及试验方法技术方案

一种火箭贮箱推进剂流场可视化试验系统及试验方法，试验系统包括模拟贮箱(1)，可调节支架(2)、现场测控系统(3)、激光粒子测速系统(4)、模拟输送管(5)、循环装置(6)、消旋防塌装置(7)、远程测控系统(8)；本发明专利技术通过进行流场可视化试验，可以得到消旋防塌装置的性能和模拟贮箱箱底的流动特性，通过模拟输送装置上的观察窗观察输送管内的流动状况和空化、夹气等情况。情况。情况。

【技术实现步骤摘要】
一种火箭贮箱推进剂流场可视化试验验证系统及试验方法


[0001]本专利技术属于增压输送系统地面试验系统设计领域，具体涉及具备自动测控功能的流场可视化试验系统及试验方法。

技术介绍

[0002]运载火箭贮箱内推进剂出流末期，由于出现漩涡或液面塌陷使进入管路的推进剂夹带气体，推进剂夹气可能引起涡轮泵气蚀，严重影响发动机正常工作。减少贮箱内不可用推进剂的质量，提高贮箱内推进剂的利用率，是保证运载火箭动力系统正常工作且提高运载火箭运载能力的有效途径。贮箱中推进剂的流动状态通过目视观测方式难以获得定量的数据，因此有必要开展火箭贮箱推进剂流场可视化试验验证系统的研究工作，以获得准确的贮箱在推进剂流动过程，为系统优化设计提供数据支撑。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是：本专利技术提出了一种火箭贮箱推进剂流场可视化试验验证系统及试验方法，用于模拟火箭工作时推进剂流动状态，通过流场可视化技术对推进剂流动过程进行测量和分析，可实现流速最高流速20m/s的液体介质流场可视化，并对流动过程进行测量和分析；通过自动控制的高度调节机构，可单独更换输送管而不改变其他系统，可适用于不同规格的输送装置快速进行多次试验；试验控制及采集可远程控制，实现人机分离提升安全性。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是：一种火箭贮箱推进剂流场可视化试验系统，包括模拟贮箱，可调节支架、现场测控系统、激光粒子测速系统、模拟输送管、循环装置、消旋防塌装置、远程测控系统；
[0005]模拟贮箱安装在可调节支架上；<br/>[0006]模拟输送管上游安装在模拟贮箱底部与模拟贮箱连通，模拟输送管下游与循环装置入口连通；模拟输送管上设置透明视窗，用于激光粒子测速系统拍摄、测量模拟输送管中试验介质；循环装置出口与模拟贮箱连通，用于将试验介质抽回模拟贮箱中；
[0007]模拟贮箱与模拟输送管连接处安装消旋防塌装置，模拟贮箱、模拟输送管及可调节支架上分别安装各种传感器，包括压力、温度、流量、距离传感器；
[0008]现场测控系统接收激光粒子测速系统拍摄的图像数据及各传感器采集的数据，将数据输送至远程测控系统；
[0009]远程测控系统将控制指令发送至现场测控系统，现场测控系统控制模拟贮箱及模拟输送管上的阀门及可调节支架上的执行元件动作。
[0010]模拟贮箱采用透明有机玻璃材料制成，采用分体式结构且可更换箱底。
[0011]可调节支架采用气缸作为执行元件，使用拉线位移传感器控制气缸的行程，气缸用于调整可调节支架的高度。
[0012]可调节支架上设置锁紧装置，调节到位后断电可保持位置。
[0013]模拟输送管上的阀门，用于控制试验介质流量。
[0014]激光粒子测速系统能够测量500
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500mm区域内的液体介质流场，测量介质流动速度最大为20m/s；激光粒子测速系统包括两台CCD相机组成，由两台相机测量介质在三个相互垂直方向上的速度。
[0015]循环装置包括变频水泵、收集器、水箱，变频水泵将介质按照设定的流量抽出，并将介质通过收集器后储存在水箱中，或将水箱中的介质加注至模拟贮箱中。
[0016]消旋防塌装置消除或减弱介质在模拟贮箱中流动时塌陷和旋涡的产生，由透明有机玻璃制成可使激光光源透过。
[0017]使用所述的火箭贮箱推进剂流场可视化试验系统进行流场可视化试验方法，包括步骤如下：
[0018]步骤一、将可调节支架调整至最低位置，在模拟贮箱中安装消旋防塌装置；将可调节支架调整至设定位置，在模拟贮箱底部安装模拟输送管，然后将模拟输送管下游连接至循环装置，将可调节支架锁定；将传感器安装在模拟输送管上，并将传感器连接至现场测控系统；将激光粒子测速系统中的CCD相机安装在设定位置以观察模拟贮箱箱底，将激光光源的工作面调整至模拟贮箱箱底位置；将远程测控系统连接至现场测控系统；
[0019]步骤二、将标定板安放在模拟贮箱箱底，与激光粒子测速系统工作面相同位置，启动激光粒子测速系统，调整两台CCD相机的相对角度，进行激光粒子测速系统参数标定，使激光粒子测速系统内拍摄图像中距离与实际相对应；
[0020]步骤三、通过循环装置将水箱中的介质加注至模拟贮箱中，在加注的同时加入测速粒子，通过若干次循环使测速粒子均匀的散步在介质中；
[0021]步骤四、启动激光粒子测速系统，打开激光光源并通过相机拍摄工作面，采集的图像数据发送至远程测控系统中，利用远程测控系统操作模拟输送管上的阀门，使介质从模拟贮箱中流出，通过调节阀门和循环装置中的变频水泵调节介质流量，通过现场测控系统采集介质的压力、温度、流量发送至远程测控系统中；将模拟贮箱中介质全部排空后停止试验，通过循环装置中收集器收集测速粒子用于后续试验；
[0022]步骤五、对远程测控系统中图像数据进行后处理和分析，得到流程的可视化结果和各项流体参数。
[0023]步骤五中，通过同步信号与压力、温度、流量数据进行同步，得到最终试验结果。
[0024]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0025]利用本专利技术提出的火箭贮箱推进剂流场可视化试验系统，通过进行流场可视化试验，可以得到消旋防塌装置的性能和模拟贮箱箱底的流动特性，通过模拟输送装置上的观察窗观察输送管内的流动状况和空化、夹气等情况；通过激光粒子测速装置可实现最大500
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500mm范围内，流速最高流速20m/s的液体介质流场可视化及流动过程的测量和分析；通过可调节支架可适用于不同规格的模拟输送系统快速进行多次试验，通过现场测控系统和远程测控系统，可对系统进行控制，采集试验过程中的数据，并实现远程控制，实现人机分离提升安全性。可广泛应用于各类火箭、导弹增压输送系统贮箱流场可视化试验。
附图说明
[0026]图1为火箭贮箱推进剂流场可视化试验系统原理图。
具体实施方式
[0027]火箭贮箱推进剂流场可视化试验验证系统如图1所示，火箭贮箱推进剂流场可视化试验系统包括模拟贮箱1，可调节支架2、现场测控系统3、激光粒子测速系统4、模拟输送系统、循环装置6、消旋防塌装置7、远程测控系统8。
[0028]模拟贮箱1安装于可调节支架2上，模拟输送管5上游安装在模拟贮箱1底部与贮箱1连通，模拟输送管5下游与循环装置6入口连通，模拟输送管5上具有2个透明视窗，用于激光粒子测速系统4拍摄、测量模拟输送管5中试验介质，循环装置6出口与模拟贮箱1连通，用于将试验介质水抽回模拟贮箱1中，模拟贮箱1与模拟输送管5连接处安装消旋防塌装置7，模拟贮箱1、模拟输送管5及可调节支架2上分别安装压力、温度、流量、距离传感器等，现场测控系统3接收激光粒子测速系统4拍摄的图像数据及试验系统其它传感器采集的数据，将数据输送至远程测控系统8；远程测控系统8将控制指令发送至现场测控系统3，现场测控系统3控制模拟贮箱1及模拟输送管5上的阀门及可调节支架2上的气缸等执行元件动作，阀门安装于输送管上用于控制试验介质流量，气缸用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种火箭贮箱推进剂流场可视化试验系统，其特征在于，包括模拟贮箱(1)，可调节支架(2)、现场测控系统(3)、激光粒子测速系统(4)、模拟输送管(5)、循环装置(6)、消旋防塌装置(7)、远程测控系统(8)；模拟贮箱(1)安装在可调节支架(2)上；模拟输送管(5)上游安装在模拟贮箱(1)底部与模拟贮箱(1)连通，模拟输送管(5)下游与循环装置(6)入口连通；模拟输送管(5)上设置透明视窗，用于激光粒子测速系统(4)拍摄、测量模拟输送管(5)中试验介质；循环装置(6)出口与模拟贮箱(1)连通，用于将试验介质抽回模拟贮箱(1)中；模拟贮箱(1)与模拟输送管(5)连接处安装消旋防塌装置(7)，模拟贮箱(1)、模拟输送管(5)及可调节支架(1)上分别安装各种传感器，包括压力、温度、流量、距离传感器；现场测控系统(3)接收激光粒子测速系统(4)拍摄的图像数据及各传感器采集的数据，将数据输送至远程测控系统(8)；远程测控系统(8)将控制指令发送至现场测控系统(3)，现场测控系统(3)控制模拟贮箱(1)及模拟输送管(5)上的阀门及可调节支架(2)上的执行元件动作。2.根据权利要求1所述的一种火箭贮箱推进剂流场可视化试验系统，其特征在于，模拟贮箱(1)采用透明有机玻璃材料制成，采用分体式结构且可更换箱底。3.根据权利要求2所述的一种火箭贮箱推进剂流场可视化试验系统，其特征在于，可调节支架(2)采用气缸作为执行元件，使用拉线位移传感器控制气缸的行程，气缸用于调整可调节支架(2)的高度。4.根据权利要求3所述的一种火箭贮箱推进剂流场可视化试验系统，其特征在于，可调节支架(2)上设置锁紧装置，调节到位后断电可保持位置。5.根据权利要求4所述的一种火箭贮箱推进剂流场可视化试验系统，其特征在于，模拟输送管(5)上的阀门，用于控制试验介质流量。6.根据权利要求5所述的一种火箭贮箱推进剂流场可视化试验系统，其特征在于，激光粒子测速系统(4)能够测量500
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500mm区域内的液体介质流场，测量介质流动速度最大为20m/s；激光粒子测速系统(4)包括两台CCD相机组成，由两台相机测量介质在三个相互垂直方向上的速度。7.根据权利要求6所述的一种火箭贮箱推进剂流场可视化试验系统，其特征在于，循环装置(6)包括变...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敏行，雒宝莹，张宇，梁景媛，王细波，丁建春，耿屹，赵春宇，岳婷，张连万，吕宝西，谢乾，吴文祺，
申请(专利权)人：北京宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：