一种具有多工况优选功能的推力室试验装置，包括火炬点火器、推力室、推进剂系统、控制系统和流量调节系统。推进剂系统主要是为推力室提供推进剂和冷却剂。控制系统主要是通过控制阀门的开关来调整推力室的工况。流量调节系统主要是为了控制不同工况下进入推力室的推进剂和冷却剂的流量；汽蚀管以及节流圈的结构尺寸需要根据试验工况选配；汽蚀管以及节流圈上下游分别设置压力、温度测点，用于精确评估不同试验工况下的流量状态。推力室包括头部、身部圆柱段、身部喉部段、喷管，四部分之间通过法兰依次连接。根据试验考核目的可以实现不同设计方案的部件快速拆换。设计方案的部件快速拆换。设计方案的部件快速拆换。
【技术实现步骤摘要】
一种具有多工况优选功能的推力室试验装置
[0001]本专利技术涉及一种具有多工况优选功能的推力室试验装置，可用于液体火箭发动机领域。
技术介绍
[0002]随着航天技术的不断发展以及航天任务种类的日益增多，低成本、可重复使用液体火箭发动机已经成为国内外航天研究的热点。可重复使用液体火箭发动机为了满足回收等任务需求，一般均具备推力调节能力。这就要求推力室能够在不同的工况下稳定工作。
[0003]推力室在进行早期设计时，为了达到最终的设计目的，一般设计多种推力室喷嘴结构、沟槽结构、特征长度等，通过高压挤压缩尺试验对相应参数进行优选，最终得到全尺寸推力室的设计参数。同时，推力室为了满足变工况的需求，也需要获取不同工况下试验件的性能参数。传统的缩尺试验为了优选出最终设计参数，需要进行数十次的热试验考核，试验成本高，周期长。为了减少试验次数，有些试验采取了调整箱压的方式进行工况变化，但该方式需要同时进行燃料、氧化剂箱压调整，一方面调节时间较长，另一方面若两个箱压调整时不匹配，存在推力室烧蚀风险。
技术实现思路
[0004]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种具有多工况优选功能的推力室试验装置，能够通过一次试验对推力室喷注器、身部、喷管的设计方案在多种工况下的特性进行考核，有效减少试验次数，降低成本，缩短研制周期，提高试验可靠性。
[0005]本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：
[0006]一种具有多工况优选功能的推力室试验装置，包括火炬点火器、推力室、推进剂系统、控制系统和流量调节系统。
[0007]推进剂系统包括氧化剂贮箱、燃料贮箱、身部冷却剂贮箱、喷管冷却剂贮箱。其中，身部圆柱段和身部喉部段共用身部冷却剂贮箱。氧化剂由氧化剂贮箱流出，经氧化剂主管道后，分成三个副管道，然后再汇总至一个进口管道后进入推力室头部氧头腔，再经氧化剂喷嘴进入燃烧室；燃料由燃料贮箱流出，经燃料主管道后，分成三个副管道，然后再汇总至一个进口管道后进入推力室头部燃料腔，再经燃料喷嘴进入燃烧室；身部冷却剂由身部冷却剂贮箱流出，经身部冷却剂主管道后，分成三个副管道，然后再汇总至一个进口管道后进入推力室身部喉部段，逆流至身部喉部段上端出口，再经U型管道进入到身部圆柱段，逆流至身部圆柱段上端经出口通道排出；喷管冷却剂由喷管冷却剂贮箱流出，经喷管冷却剂主管道后，分成三个副管道，然后再汇总至一个进口管道后进入喷管，顺流至喷管下端经出口管道排出。
[0008]推进剂系统主要是为推力室提供推进剂和冷却剂。
[0009]控制系统包括氧化剂路主阀、燃料路主阀、身部冷却剂路主阀、喷管冷却剂路主阀、氧化剂路副阀A、氧化剂路副阀B、燃料路副阀A、燃料路副阀B、身部冷却剂路副阀A、身部
冷却剂路副阀B、喷管冷却剂路副阀A、喷管冷却剂路副阀B。其中，氧化剂路主阀、燃料路主阀、身部冷却剂路主阀、喷管冷却剂路主阀分别位于氧化剂贮箱、燃料贮箱、身部冷却剂贮箱、喷管冷却剂贮箱出口下游的主管道上；氧化剂路副阀A、氧化剂路副阀B分别位于氧化剂贮箱下游的任意两个副管道上；燃料路副阀A、燃料路副阀B分别位于燃料贮箱下游的任意两个副管道上；身部冷却剂路副阀A、身部冷却剂路副阀B分别位于身部冷却剂贮箱下游的任意两个副管道上；喷管冷却剂路副阀A、喷管冷却剂路副阀B分别位于喷管冷却剂贮箱下游的任意两个副管道上。
[0010]控制系统主要是通过控制阀门的开关来调整推力室的工况。
[0011]流量调节系统包括氧化剂路汽蚀管A、氧化剂路汽蚀管B、氧化剂路汽蚀管C、燃料路汽蚀管A、燃料路汽蚀管B、燃料路汽蚀管C、身部冷却剂路汽蚀管A、身部冷却剂路汽蚀管B、身部冷却剂路汽蚀管C、喷管冷却剂路汽蚀管A、喷管冷却剂路汽蚀管B、喷管冷却剂路汽蚀管C、身部节流圈、喷管节流圈。其中，氧化剂路汽蚀管A、氧化剂路汽蚀管B、氧化剂路汽蚀管C分别位于氧化剂贮箱下游的三个副管道上；燃料路汽蚀管A、燃料路汽蚀管B、燃料路汽蚀管C分别位于燃料贮箱下游的三个副管道上；身部冷却剂路汽蚀管A、身部冷却剂路汽蚀管B、身部冷却剂路汽蚀管C分别位于身部冷却剂贮箱下游的三个副管道上；喷管冷却剂路汽蚀管A、喷管冷却剂路汽蚀管B、喷管冷却剂路汽蚀管C分别位于喷管冷却剂贮箱下游的三个副管道上；身部节流圈位于身部圆柱段出口通道上；喷管节流圈位于喷管出口通道上。
[0012]流量调节系统主要是为了控制不同工况下进入推力室的推进剂和冷却剂的流量。汽蚀管以及节流圈的结构尺寸需要根据试验工况选配。汽蚀管以及节流圈上下游分别设置压力、温度测点，用于精确评估不同试验工况下的流量状态。
[0013]推力室包括头部、身部圆柱段、身部喉部段、喷管，四部分之间通过法兰依次连接。根据试验考核目的可以实现不同设计方案的部件快速拆换。
[0014]推力室头部由燃料头腔和氧化剂头腔组成，其中氧化剂头腔位于燃料头腔上方；身部圆柱段的上端设置有身部冷却剂出口集合器，底端设置有身部冷却剂进口集合器；身部喉部段的上端设置有身部冷却剂出口集合器，底端设置有身部冷却剂进口集合器；喷管的上端设置有喷管冷却剂进口集合器，底端设置有喷管冷却剂出口集合器。身部喉部段出口集合器和身部圆柱段进口集合器之间采用两个对称的U型管道连接。
[0015]推力室头部设置有氧化剂腔压力测点、燃料腔压力测点、室压测点、氧化剂腔温度测点、燃料腔温度测点、振动测点，用于综合评估推力室不同工况下的工作状态，优选最佳的头部设计参数。
[0016]身部圆柱段、身部喉部段、喷管上面分别设置有振动测点，同头部测点一起用于综合评估推力室不同工况下的工作状态。
[0017]身部圆柱段、身部喉部段、喷管分别在进、出口集合器上面布置压力测点、温度测点，分别用于评估流阻、换热等特性，优选最佳的身部圆柱段、身部喉部段、喷管设计参数。
[0018]身部圆柱段可分为多种长度，通过更换产品，实现推力室特征长度以及燃气停留时间的优化。
[0019]火炬点火器安装在推力室头部上，用于点燃进入到推力室内的氧化剂和燃料混合物。
[0020]本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：
[0021]1)燃料路、氧化剂路、身部冷却剂路、喷管冷却剂路分别设置三个副管道，每个副管道上面安装一个汽蚀管，能够在保证箱压不变的情况下，通过调节相应阀门的开关，实现一次试验考核三种工况的功能，避免了箱压调整的不易，同时减少了试验次数，降低了试验成本。
[0022]2)在燃料路、氧化剂路、身部冷却剂路、喷管冷却剂路主管道上设置主阀，任意两个副管道上设置副阀，在保证顺利调节试验工况的前提下，通过主阀的开关直接控制推力室的工作状态，能够实现在意外情况下快速中止试验的功能，保证了试验的安全可靠。
[0023]3)身部冷却剂贮箱、喷管冷却剂贮箱单独设置，实现了身部、喷管冷却剂流量单独调节的功能，能够单独对身部以及喷管的设计参数进行考核优选，提高了试验的安全性。
[0024]4)推力室采用了模块化结构，各部分采用了法兰连接，能本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有多工况优选功能的推力室试验装置，其特征在于，包括火炬点火器、推力室、推进剂系统、控制系统和流量调节系统；推进剂系统包括氧化剂贮箱、燃料贮箱、身部冷却剂贮箱、喷管冷却剂贮箱；氧化剂由氧化剂贮箱流出，经氧化剂主管道后，分成三个副管道，然后再汇总至一个进口管道后进入推力室头部氧头腔，经氧化剂喷嘴进入燃烧室；燃料由燃料贮箱流出，经燃料主管道后，分成三个副管道，然后再汇总至一个进口管道后进入推力室头部燃料腔，经燃料喷嘴进入燃烧室；身部冷却剂由身部冷却剂贮箱流出，经身部冷却剂主管道后，分成三个副管道，然后再汇总至一个进口管道后进入推力室身部喉部段，逆流至身部喉部段上端出口，再经U型管道进入到身部圆柱段，逆流至身部圆柱段上端经出口通道排出；喷管冷却剂由喷管冷却剂贮箱流出，经喷管冷却剂主管道后，分成三个副管道，然后再汇总至一个进口管道后进入喷管，顺流至喷管下端经出口管道排出；控制系统通过控制阀门的开关来调整推力室的工况；流量调节系统包括氧化剂路汽蚀管A、氧化剂路汽蚀管B、氧化剂路汽蚀管C、燃料路汽蚀管A、燃料路汽蚀管B、燃料路汽蚀管C、身部冷却剂路汽蚀管A、身部冷却剂路汽蚀管B、身部冷却剂路汽蚀管C、喷管冷却剂路汽蚀管A、喷管冷却剂路汽蚀管B、喷管冷却剂路汽蚀管C、身部节流圈、喷管节流圈；其中，氧化剂路汽蚀管A、氧化剂路汽蚀管B、氧化剂路汽蚀管C分别位于氧化剂贮箱下游的三个副管道上；燃料路汽蚀管A、燃料路汽蚀管B、燃料路汽蚀管C分别位于燃料贮箱下游的三个副管道上；身部冷却剂路汽蚀管A、身部冷却剂路汽蚀管B、身部冷却剂路汽蚀管C分别位于身部冷却剂贮箱下游的三个副管道上；喷管冷却剂路汽蚀管A、喷管冷却剂路汽蚀管B、喷管冷却剂路汽蚀管C分别位于喷管冷却剂贮箱下游的三个副管道上；身部节流圈位于推力室的身部圆柱段出口通道上；喷管节流圈位于推力室的喷管出口通道上。2.根据权利要求1所述的推力室试验装置，其特征在于，控制系统包括氧化剂路主阀、燃料路主阀、身部冷却剂路主阀、喷管冷却剂路主阀、氧化剂路副阀A、氧化剂路副阀B、燃料路副阀A、燃料路副阀B、身部冷却剂路副阀A、身部冷...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘刚，田原，吴有亮，刘红珍，王仙，韩长霖，马志瑜，张强，杨继东，孙浩，
申请(专利权)人：北京航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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