一种泵压式液体火箭发动机涡轮性能标定系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种泵压式液体火箭发动机涡轮性能标定系统及方法，所述方法为：在发动机系统上，增加与涡轮进气腔相连的涡轮吹风组件，用于驱动涡轮转动；在发动机氧泵和燃料泵后增加泵流量控制组件，用于对氧化剂泵、燃料泵之后排放流量的控制；控制发动机处于冷调状态下，在氧化剂贮箱和燃料贮箱中加注相应的介质，完成氧泵和燃料泵内介质过流充填或预冷充填；打开涡轮吹风组件，按照预设的涡轮吹除气体流量q

【技术实现步骤摘要】
一种泵压式液体火箭发动机涡轮性能标定系统及方法


[0001]本专利技术属于液体火箭发动机
，涉及一种泵压式液体火箭发动机涡轮性能标定系统及方法。

技术介绍

[0002]涡轮泵是液体火箭发动机供应系统中的关键组件，涡轮泵主要由氧化剂泵、燃料泵和涡轮、以及轴承和端面密封组成。工作原理是通过工质(燃气、高压气体等)驱动涡轮做功，从而带动泵旋转将贮箱中供应的低压推进剂组元的压力提高，输送至发动机热力组件中燃烧。
[0003]《高压补燃液氧煤油发动机》文中提到，现有发动机研制流程，为获得发动机涡轮准确的性能参数，在液体火箭发动机在研制过程中，需要在发动机总装前，在涡轮泵组件状态，设计专门的涡轮吹风试验(涡轮性能试验)装置，对涡轮进行吹风试验，根据吹风试验结果换算出涡轮效率、反力度和静叶片的流通面积等性能参数，为发动机整机系统性能参数计算服务。
[0004]通常发动机涡轮性能试验设备比较复杂，需要针对涡轮组件设计专门的地面试验装置，通过同轴的高速、高精度的地面测功器(电机)带动电机旋转。涡轮性能试验结束后，需要将涡轮泵正式产品所需部件拆下，用于产品装配。专利：一种涡轮试验台(CN106370412B)和专利：一种大功率燃气涡轮性能测试装置(CN113503995A)分别提供了涡轮试验台和测试装置，但是这两种装置的结构复杂，研制流程相对复杂，研制周期较长。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种泵压式液体火箭发动机涡轮性能标定系统及方法，无需设计专门的涡轮性能试验装置和试验条件，即可在通过发动机在试车台的冷调，简单可靠获得准确的涡轮效率和静子流通面积等涡轮性能参数。
[0006]本专利技术解决技术的方案是：一种泵压式液体火箭发动机涡轮性能标定系统，该系统包括涡轮吹风组件和泵流量控制组件；
[0007]涡轮吹风组件，与发动机的涡轮进气腔相连，用于驱动涡轮转动，涡轮与被控泵同轴连接，带动被控泵旋转；
[0008]泵流量控制组件，用于调节被控泵的排放流量。
[0009]优选地，所述涡轮吹风组件包括气瓶、减压阀、节流孔板、开关阀；气瓶、减压阀、节流孔板、开关阀依次连接，打开开关阀，气瓶内气体流经减压阀、节流孔板和开关阀后，进入涡轮起动腔，吹除涡轮静子喷嘴，从而驱动涡轮转动。
[0010]优选地，当被控泵不带排放阀时，所述泵流量控制组件包括排放阀和节流元件，排放阀进口与被控泵出口管路相连，排放阀出口与节流元件进口相连，节流元件出口连接排放管路；当被控泵带排放阀时，所述泵流量控制组件包括节流元件，节流元件进口与排放阀
出口连接，节流元件出口连接排放管路。
[0011]优选地，所述节流元件为汽蚀管或者孔板。
[0012]本专利技术的另一个技术方案是：一种泵压式液体火箭发动机涡轮性能标定方法，该方法包括如下步骤：
[0013]S1、在发动机系统上，增加涡轮吹风组件，所述涡轮吹风组件与涡轮进气腔相连，用于驱动涡轮转动；
[0014]S2、在被控泵后端增加泵流量控制组件，所述泵流量控制组件用于调节被控泵排放流量；
[0015]S3、控制发动机处于冷调状态下，在被控泵对应的贮箱中加注相应的介质，完成被控泵内介质过流充填或预冷充填；
[0016]S4、实施标定试验：打开涡轮吹风组件，按照预设的涡轮吹除气体流量q
mt
，吹动涡轮转动，涡轮达到预设的转速，测量得到涡轮静子前压力p
t
，涡轮静子前温度T
t
，根据发动机泵特性，对被控泵进行流量控制，使得被控泵的扬程达到预设值，测量被控泵的泵出口压力p
ep
和泵出口温度T
ep
；
[0017]S5、计算得到涡轮静子有效流通面积S和涡轮效率η
t
。
[0018]所述涡轮吹风组件包括气瓶、减压阀、节流孔板、开关阀；气瓶、减压阀、节流孔板、开关阀依次连接，打开开关阀，气瓶内气体流经减压阀、节流孔板和开关阀后，进入涡轮起动腔，吹除涡轮静子喷嘴，从而驱动涡轮转动。
[0019]所述涡轮吹风组件通过孔板控制吹涡轮气体流量q
mt
。
[0020]当被控泵不带排放阀时，所述泵流量控制组件包括排放阀和节流元件，排放阀进口与被控泵出口管路相连，排放阀出口节流元件进口相连，节流元件出口连接排放管路；当被控泵带排放阀时，所述泵流量控制组件包括节流元件，节流元件进口与排放阀出口连接，节流元件出口连接排放管路。
[0021]所述节流元件为汽蚀管或者孔板。
[0022]所述涡轮静子有效流通面积S根据气体流量公式确定，气体流量公式如下：
[0023][0024]其中，q(λ)为气动函数；K为气体常数；p
t
为涡轮静子前压力，T
t
为涡轮静子前温度，q
mt
为涡轮吹除气体流量。
[0025]所述涡轮功率P
et
的计算公式为：
[0026]P
et
＝q
mt
·
L
·
η
t
[0027]其中，P
et
为涡轮功率，L为可用绝热功，q
mt
为涡轮吹除气体流量。
[0028]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
[0029](1)、本专利技术通过在发动机原本系统上增加涡轮吹风组件和泵流量控制组件，即可在保证发动机整机在试车台完成涡轮性能试验，并可获得精确的涡轮静子流通面积、涡轮效率等涡轮性能参数，相比传统的地面涡轮性能试验，节省了涡轮性能试验工装、涡轮测功器等设备。
[0030](2)、本专利技术无需设计专门的涡轮性能试验装置和试验条件，在发动机整机系统上增加节流控制元件，即可在通过发动机在试车台的冷调，简单可靠获得准确的涡轮效率和
静子流通面积等涡轮性能参数。
[0031](3)、本专利技术涡轮性能标定方法在发动机试车台上可结合发动机供应系统冷调试验进行，能够缩短发动机研制周期。
附图说明
[0032]图1为本专利技术实施例发动机冷调标定涡轮性能系统
[0033]图中标号解释如下：
[0034]1‑
氧化剂贮箱，2
‑
燃料贮箱，3
‑
氧化剂泵，4
‑
燃料泵，5
‑
1涡轮I，5
‑
2涡轮II，6
‑1‑
富氧燃气发生器，6
‑2‑
富燃燃气发生器，7
‑
推力室，8
‑1‑
氧化剂副阀I，9
‑1‑
燃料副阀I，8
‑2‑
氧化剂副阀II，9
‑2‑
燃料副阀II，10
‑
氧化剂主阀，11
‑
燃料主阀，12
‑
氧化剂路排放阀，13...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泵压式液体火箭发动机涡轮性能标定系统，其特征在于包括涡轮吹风组件和泵流量控制组件；涡轮吹风组件，与发动机的涡轮进气腔相连，用于驱动涡轮转动，涡轮与被控泵同轴连接，带动被控泵旋转；泵流量控制组件，用于调节被控泵的排放流量。2.根据权利要求1所述的一种泵压式液体火箭发动机涡轮性能标定系统，其特征在于所述涡轮吹风组件包括气瓶、减压阀、节流孔板、开关阀；气瓶、减压阀、节流孔板、开关阀依次连接，打开开关阀，气瓶内气体流经减压阀、节流孔板和开关阀后，进入涡轮起动腔，吹除涡轮静子喷嘴，从而驱动涡轮转动。3.根据权利要求1所述的一种泵压式液体火箭发动机涡轮性能标定系统，其特征在于当被控泵不带排放阀时，所述泵流量控制组件包括排放阀和节流元件，排放阀进口与被控泵出口管路相连，排放阀出口与节流元件进口相连，节流元件出口连接排放管路；当被控泵带排放阀时，所述泵流量控制组件包括节流元件，节流元件进口与排放阀出口连接，节流元件出口连接排放管路。4.根据权利要求3所述的一种泵压式液体火箭发动机涡轮性能标定系统，其特征在于所述节流元件为汽蚀管或者孔板。5.一种泵压式液体火箭发动机涡轮性能标定方法，其特征在于包括如下步骤：S1、在发动机系统上，增加涡轮吹风组件，所述涡轮吹风组件与涡轮进气腔相连，用于驱动涡轮转动；S2、在被控泵后端增加泵流量控制组件，所述泵流量控制组件用于调节被控泵排放流量；S3、控制发动机处于冷调状态下，在被控泵对应的贮箱中加注相应的介质，完成被控泵内介质过流充填或预冷充填；S4、实施标定试验：打开涡轮吹风组件，按照预设的涡轮吹除气体流量q
mt
，吹动涡轮转动，涡轮达到预设的转速，测量得到涡轮静子前压力p
t
，涡轮静子前温度T
t
，根据发动机泵特性，对被控泵进行流量控制，使得被控泵的扬程达到预设值，测量被控泵的泵出口压力p
ep
和泵出口温度T
ep
；S5、计算得...

【专利技术属性】
技术研发人员：武晓欣，李春红，张航，任孝文，秦艳平，岳晨冲，陈文，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：