一种电弧发动机和单组元发动机通用高空模拟试验系统技术方案

本发明专利技术涉及一种电弧发动机和单组元发动机通用高空模拟试验系统，包括测量与控制系统、真空系统、推进剂输送系统、尾气处理系统；待测试电弧发动机或单组元发动机放置在真空舱内，由真空系统负责模拟真空舱内待测试发动机实际工作时的高空环境；所述真空系统同时将发动机产生的燃气排送至尾气处理系统，以维持真空舱内的高空环境；推进剂输送系统为待测试发动机提供一定压力的推进剂及完成推进剂的转注工作；测量与控制系统，负责真空舱内待测试发动机工作状态的控制及相关性能参数的测量记录。量记录。量记录。

【技术实现步骤摘要】
一种电弧发动机和单组元发动机通用高空模拟试验系统


本专利技术涉及一种航天器姿轨控发动机高空模拟试验技术，尤其涉及一种以无水肼为推进剂的姿轨控发动机高空模拟试验系统。

技术介绍

单组元发动机和电弧发动机是在国内外航天器上广泛应用的姿轨控发动机，两者均采用无水肼作为推进剂。在发动机上天之前，需在地面搭建高空模拟试验系统，对其进行充分的性能考核和寿命验证，以保证航天器发射后的正常使用。现有的发动机高空模拟试验系统往往只能满足其中一种发动机的试验需求，因此通常设计两套试验系统来分别进行相关的试验。而新的高空模拟试验系统的建设周期以年计、费用成本以百万元计，难以满足日益增加的发动机试验需求。相关专利文件和非专利文件调研及对比结果如下：
[0001]CN201410190361.7，公开日2014
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30，分类号G01N25/00：该专利提供了一种模拟燃烧室内部高温含水气流的试验方法，可用于推力器燃烧室材料的烧蚀机理和性能的研究，与本专利的无水肼推进剂输送系统有着明显不同。
[0002]CN200910083035.5，公开日2009
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23，分类号F02K9/58该专利介绍了一种用于电弧推力器供给管路的推进剂填充装置，提供推进剂充填、压力调节、推进剂回流等功能。与本专利输送系统中的工作罐和流量罐的配置不同，且未介绍真空系统、流量测试相关情况。
[0003]陈黎明,电弧加热推力器的设计与研究[D].清华大学,2002.该文献介绍了一种以氩气作为推进剂的电弧推力器的设计与试验，与本专利的无水肼推进剂输送系统有着明显不同。
[0004]贾云涛,肼催化分解产物电弧加热推力器的实验研究[D].清华大学，2008.该文献设计了一种低功率的电弧加热推力器，并建立了相关试验平台。但其在试验中以氮气、氢气和氨气的混合气体代替肼的分解产物，这与本专利的输送系统存在明显不同。
[0005]张莘艾,汤海滨,施陈波,刘宇.低功率NH4电弧加热推力器高空模拟试验系统[J].北京航空航天大学学报,2010,36(8).该文献介绍了用于低功率肼电弧推力器的试验系统，包括真空系统、推进剂供给系统、电源系统、微小流量测量装置、微推力测量装置等。与本专利的通用试车台系统不同的是，文献中的试验系统只针对电弧推力器，而不能用于我国现有的单组元推力器试验。
[0006]沈岩,魏延明,陈君,关威,汤海滨.1kW级肼电弧加热推力器工程样机研究[J].推进技术,2011,11(845
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851).该文献介绍了1kW级肼电弧加热推力器工程样机研制工作的进展情况，但其高空模拟试验是以氮气和氨气的混合气模拟肼进行的。这与本专利中的无水肼推进剂输送系统有着明显不同。

技术实现思路

本专利技术解决的技术问题是：针对以无水肼为推进剂的单组元发动机和电弧发动机的共性和不同，克服了现有试验系统应用对象单一、通用性较差的缺点，设计了一种通用发动机高空模拟试验系统。本专利技术解决技术的方案是：一种电弧发动机和单组元发动机通用高空模拟试验系统，包括测量与控制系统、真空系统、推进剂输送系统、尾气处理系统；待测试电弧发动机或单组元发动机放置在真空舱内，由真空系统负责模拟真空舱内待测试发动机实际工作时的高空环境；所述真空系统同时将发动机产生的燃气排送至尾气处理系统，以维持真空舱内的高空环境；推进剂输送系统为待测试发动机提供一定压力的推进剂及完成推进剂的转注工作；测量与控制系统，负责真空舱内待测试发动机工作状态的控制及相关性能参数的测量记录。优选的，所述的测量与控制系统包括传感器、信号放大处理器、数据采集/控制卡、推力器高压电源；所述的推力器高压电源用于为电弧发动机提供直流稳压电源；所述的传感器包括压力传感器、温度传感器、流量传感器、电压传感器、电流传感器；其中，电压传感器、电流传感器安装在推力器高压电源的输出端；流量传感器安装在所述的推进剂输送系统中用于测量发动机工作时的推进剂流量变化；压力传感器、温度传感器均安装在推进剂输送系统和待测发动机上，压力传感器用于测量发动机工作时的推进剂供给压力以及发动机燃烧室压力；温度传感器用于测量推进剂温度和待测发动机预设部位温度；所述信号放大处理器用于将输入的传感器的测量信号进行放大处理后发送至数据采集/控制卡，由数据采集控制卡采集后传递至工控计算机，由工控计算机进行记录，所述工控计算机根据待测发动机类型选择控制对象，即当待测发动机为电弧发动机时，根据发动机试验技术要求，发动控制指令至发动机上的加热器开始工作，待采集的温度信号达到预设的要求后发送控制指令至发动机上的电磁阀及推力器高压电源按照预定的时序进行试验，试验过程中记录压力传感器、温度传感器、流量传感器、电压传感器、电流传感器的测量信号；当待测发动机为单组元发动机时，根据发动机试验技术要求，发动控制指令至发动机上的加热器开始工作，待采集的温度信号达到预设的要求后发送控制指令至发动机上的电磁阀按照预定的时序进行试验，试验过程中记录压力传感器、温度传感器、流量传感器的测量信号。当待测发动机为电弧发动机时，工控计算机接收外部输入的对应的试验工况，将在向电磁阀指令发出的同时记录所采集的各项数据，从而保证试验工况与试验数据的时序一致性；待电弧发动机按时序要求工作一定时间后，工控计算机向高压电源发出指令，高压电源首先开启击穿模式并输出kV级电压，以击穿电弧发动机中的气体，同时对所采集的电流进行判断，若电流在规定时间内达到所要求的数据范围，则高压电源切换至工作模式，工作模式输出的电压电流由电弧发动机的具体型号确定；若电流未达到所要求的数据范围，
则高压电源再次开启击穿模式；若高压电源开启三次击穿模式后，电流仍未达到要求的数据范围，则提示进行状态检查；当待测发动机为单组元发动机时，工控计算机接收外部输入的对应的试验工况在向电磁阀指令发出的同时记录所采集的各项数据，从而保证试验工况与试验数据的时序一致性；在单组元发动机工作过程中，工控计算机对所采集的温度传感器参数进行采集和判断，若指定的温度参数低于由单组元发动机工作指标，则提示进行状态检查。优选的，所述的真空系统包括换热器、冷却水机组以及两套真空机组；冷却水机组为换热器、真空舱和真空机组提供冷却水；真空舱和两组真空机组之间安装换热器，换热器与每组真空机组之间安装过滤装置，进行单组元发动机试验过程中，开启两套真空机组；进行电弧发动机试验过程中，启任一套真空机组。优选的，所述的换热器包括至少两层折流板组件，每层折流板组件由多个折流板同方向排列并由冷却水管串接，冷却水管的进出口分布于换热器的上下两侧；冷却水由下侧进入、由上侧流出，以避免水管中出现夹带气泡的现象，从而保证换热器的冷却效率。优选的，所述折流板的角度90
‑
120
°
，间距2
‑
5cm。优选的，真空机组由机械泵和干泵两组真空泵串联构成，每组真空机组的空载真空度为1
‑
5Pa。优选的，所述的推进剂输送系统包括气源、气控台、稳压罐、工作罐、流量罐、流量计；所述的工作罐用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电弧发动机和单组元发动机通用高空模拟试验系统，其特征在于：包括测量与控制系统、真空系统、推进剂输送系统、尾气处理系统；待测试电弧发动机或单组元发动机放置在真空舱内，由真空系统负责模拟真空舱内待测试发动机实际工作时的高空环境；所述真空系统同时将发动机产生的燃气排送至尾气处理系统，以维持真空舱内的高空环境；推进剂输送系统为待测试发动机提供一定压力的推进剂及完成推进剂的转注工作；测量与控制系统，负责真空舱内待测试发动机工作状态的控制及相关性能参数的测量记录。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的测量与控制系统包括传感器、信号放大处理器、数据采集/控制卡、推力器高压电源；所述的推力器高压电源用于为电弧发动机提供直流稳压电源；所述的传感器包括压力传感器、温度传感器、流量传感器、电压传感器、电流传感器；其中，电压传感器、电流传感器安装在推力器高压电源的输出端；流量传感器安装在所述的推进剂输送系统中用于测量发动机工作时的推进剂流量变化；压力传感器、温度传感器均安装在推进剂输送系统和待测发动机上，压力传感器用于测量发动机工作时的推进剂供给压力以及发动机燃烧室压力；温度传感器用于测量推进剂温度和待测发动机预设部位温度；所述信号放大处理器用于将输入的传感器的测量信号进行放大处理后发送至数据采集/控制卡，由数据采集控制卡采集后传递至工控计算机，由工控计算机进行记录，所述工控计算机根据待测发动机类型选择控制对象，即当待测发动机为电弧发动机时，根据发动机试验技术要求，发动控制指令至发动机上的加热器开始工作，待采集的温度信号达到预设的要求后发送控制指令至发动机上的电磁阀及推力器高压电源按照预定的时序进行试验，试验过程中记录压力传感器、温度传感器、流量传感器、电压传感器、电流传感器的测量信号；当待测发动机为单组元发动机时，根据发动机试验技术要求，发动控制指令至发动机上的加热器开始工作，待采集的温度信号达到预设的要求后发送控制指令至发动机上的电磁阀按照预定的时序进行试验，试验过程中记录压力传感器、温度传感器、流量传感器的测量信号。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：当待测发动机为电弧发动机时，工控计算机接收外部输入的对应的试验工况，将在向电磁阀指令发出的同时记录所采集的各项数据，从而保证试验工况与试验数据的时序一致性；待电弧发动机按时序要求工作一定时间后，工控计算机向高压电源发出指令，高压电源首先开启击穿模式并输出kV级电压，以击穿电弧发动机中的气体，同时对所采集的电流进行判断，若电流在规定时间内达到所要求的数据范围，则高压电源切换至工作模式，工作模式输出的电压电流由电弧发动机的具体型号确定；若电流未达到...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱恒晓，钟伟，丁凤林，李钊，白静潭，李盼，贺仕龙，李二鹏，刘伟，李良，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：