一种冷氦增压地面试验系统及方法技术方案

本发明专利技术实施例提供一种冷氦增压地面试验系统及方法，该试验系统包括：过冷氧温区模拟装置(100)、管路连接于所述氧温区模拟装置(100)的液氧模拟装置(200)、设于所述过冷氧温区模拟装置(100)与所述液氧模拟装置(200)之间的冷氦流通路径上的增压装置(110)、连接于所述液氧模拟装置(200)为所述液氧模拟装置(200)加注液氧的液氧加注车(3)、以及连接于所述液氧模拟装置(200)的氧气收集装置(120)。只需箭上的氧箱和增压装置即可完成真实的火箭增压试验，研制生产周期短、试验成本低，增压试验进度快。验进度快。验进度快。

【技术实现步骤摘要】
一种冷氦增压地面试验系统及方法


[0001]本专利技术涉及火箭地面试验领域，具体涉及一种冷氦增压地面试验系统及方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着我国航天领域取得重大进展，大运载能力需求不断的增加，为提高火箭的运载能力，其中以增压输送系统为例，普遍采用过冷77K液氧和低温冷氦增压技术作为重点关键技术以降低火箭重量提高运载能力，通过将高压氦气储存在过冷氧温区气瓶内，利用氦气分子量小、高压低温下氦气密度大、与液氧、煤油介质换热量小等特点对液氧贮箱增压，使液氧、煤油贮箱压力维持在一定范围，从而保证发动机涡轮泵的入口压力要求。冷氦增压输送系统是影响火箭性能、安全和可靠性的一个重要分系统，该系统所涉及到的阀门、管路均需经历过冷氧温区(77K)的低温高压工况，对增压系统提出了更严格、更高的技术要求。因此，模拟火箭飞行时增压系统的真实工况，研究过冷氧温区冷氦增压系统工作性能是十分必要的。为了更加真实模拟箭上冷氦增压系统的工作情况，过冷氧温区冷氦增压的模拟是试验系统设计的关键。
[0003]现有技术中，针对冷氦增压实验系统的模拟通常与火箭真实结构相同的装备来进行模拟，此方法虽然能准确得到真实的增压数据，但此实验工程巨大，试验产品设计周期长，实验成本高，且容易影响增压试验的进度。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供一种冷氦增压地面试验系统及方法，能够解决现有技术中冷氦增压实验系统试验产品设计周期长，实验成本高的技术问题。
[0005]为达上述目的，一方面，本专利技术实施例提供一种冷氦增压地面试验系统，包括：过冷氧温区模拟装置、管路连接于所述氧温区模拟装置的液氧模拟装置、设于所述过冷氧温区模拟装置与所述液氧模拟装置之间的冷氦流通路径上的增压装置、连接于所述液氧模拟装置为所述液氧模拟装置加注液氧的液氧加注车、以及连接于所述液氧模拟装置的氧气收集装置；
[0006]所述过冷氧温区模拟装置包括冷氦气瓶和浸泡所述冷氦气瓶并冷却所述冷氦气瓶内氦气的液氮罐；
[0007]所述液氧模拟装置包括氧箱和设于所述氧箱上的氧箱排气阀；
[0008]所述增压装置包括第一电加温器、设于所述第一电加温器之后的冷氦流通路径上的第一温度传感器和设于冷氦流通路径终端且处于所述氧箱内的氧箱消能器；所述第一电加温器管路接于所述冷氦气瓶；
[0009]所述氧气收集装置包括连接于所述氧箱的液氧回收罐和用于抽取所述氧箱内液氧的动力装置；所述氧气收集装置还包括设于所述液氧回收罐上的液氧回收罐排气开关。
[0010]另一方面，本专利技术实施例提供一种冷氦增压地面试验方法，包括：
[0011]向过冷氧温区模拟装置所包括的冷氦气瓶内充入氦气，直至所述冷氦气瓶内的氦
气达到预设冷氦量、预设冷氦温度、以及氦气压力保持在预设冷氦压力值；
[0012]通过过冷氧温区模拟装置所包括的液氮罐对浸泡在所述液氮罐内的所述冷氦气瓶进行降温，并持续向所述液氮罐加入液氮使得所述冷氦气瓶内的氦气压力保持在预设冷氦压力值；
[0013]采用液氧加注车向液氧模拟装置所包括的氧箱加注液氧，直至所述氧箱内的液氧液位达到预设液氧液位；
[0014]在所述冷氦气瓶内的氦气达到预设冷氦量、预设冷氦温度、以及氦气压力保持在预设冷氦压力值，以及所述氧箱内的液氧液位达到预设液氧液位后，将所述冷氦气瓶内的冷氦通过管路输送到增压装置；
[0015]采用所述增压装置所包括的第一电加温器对所述冷氦进行加热达到粗调节氦气温度，并通过设于所述第一电加温器之后的冷氦流通路径上的第一温度传感器采集加热的所述冷氦的温度；其中，所述增压装置设于所述过冷氧温区模拟装置与所述氧箱之间的冷氦流通路径上；
[0016]打开设于所述氧箱上的氧箱排气阀，将加热的所述冷氦通过处于所述氧箱内的氧箱消能器输送到所述氧箱内，通过加热的所述冷氦对所述氧箱内的液氧进行增压使得所述液氧达到预设液氧压力值；
[0017]打开设于液氧回收罐上的液氧回收罐排气开关，采用抽取所述氧箱内液氧的动力装置自所述氧箱内抽取增压后的液氧，将增压后的液氧抽取到氧气收集装置所包括的所述液氧回收罐内。
[0018]上述技术方案具有如下有益效果：通过将高压的冷氦气瓶浸泡在液氮环境中以实现降温至过冷氧温区的模拟，冷氦气经电加温器加热模仿发动机氦加温对氧箱进行增压，在通过动力装置自氧箱内抽取增压后的液氧模拟液氧的出流使用过程。针对箭上的各种装置，则只需氧箱和增压装置，即可完成真实的火箭增压试验，不仅研制生产周期短、而且试验成本低，同时避免了其它子系统如输送子系统、发动机系统设计生产周期慢而影响增压试验的进度。
附图说明
[0019]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，下面将对实施例或现有技术描述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。
[0020]图1是本专利技术实施例的一种冷氦增压地面试验系统的结构图；
[0021]图2是本专利技术实施例的一种冷氦增压地面试验方法的流程图；
[0022]图3是本专利技术实施例的增压控制系统决策示意图；
[0023]图4是本专利技术实施例的氧保险阀打开压力、电磁阀的控制压力分布图。
[0024]附图标记表示为：
[0025]1、液氧回收罐；2、氧箱；3、液氧加注车；4、加注球阀；5、三通；6、液氧加注阀；7、液氧泵；8、液氧泵电机；9、液氧流量计；10、液氧回收罐排气开关；11、液氮罐；12、液氮加注入口；13、液氮泄出出口；14、冷氦气瓶；15、第三温度传感器；16、第一过滤器；17、氦气瓶充气
电磁阀；18、多通接头；19、冷氦气瓶口压力传感器；20、第二过滤器；21、第一路增压电磁阀；22、第二路增压电磁阀；23、备份路增压电磁阀；24、常开路增压电磁阀；251、第一孔板；252、第二孔板；253、第三孔板；254、第四孔板；26、第一电加温器；27、第一温度传感器；28、第二电加温器；29、第二温度传感器；30、氦气流量传感器；31、氧箱消能器；32、氧箱排气阀；33、氧箱保险阀；34、氧箱压力传感器；35、氧箱增压控制器；36、液氧液位传感器；
[0026]100、氧温区模拟装置；110、增压装置；120、氧气收集装置；130、氧气排放管路；140、第一管路；150、氧气加注管路；160、第二管路；170、冷氦充气管路；180、第三管路连；190、第四管路；200、液氧模拟装置。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]如图1所示，结合本专利技术的实施例，提供一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冷氦增压地面试验系统，其特征在于，包括：过冷氧温区模拟装置(100)、管路连接于所述氧温区模拟装置(100)的液氧模拟装置(200)、设于所述过冷氧温区模拟装置(100)与所述液氧模拟装置(200)之间的冷氦流通路径上的增压装置(110)、连接于所述液氧模拟装置(200)为所述液氧模拟装置(200)加注液氧的液氧加注车(3)、以及连接于所述液氧模拟装置(200)的氧气收集装置(120)；所述过冷氧温区模拟装置(100)包括冷氦气瓶(14)和浸泡所述冷氦气瓶(14)并冷却所述冷氦气瓶(14)内氦气的液氮罐(11)；所述液氧模拟装置(200)包括氧箱(2)和设于所述氧箱(2)上的氧箱排气阀(32)；所述增压装置(110)包括第一电加温器(26)、设于所述第一电加温器(26)之后的冷氦流通路径上的第一温度传感器(27)和设于冷氦流通路径终端且处于所述氧箱(2)内的氧箱消能器(31)；所述第一电加温器(26)管路接于所述冷氦气瓶(14)；所述氧气收集装置(120)包括连接于所述氧箱(2)的液氧回收罐(1)和用于抽取所述氧箱(2)内液氧的动力装置；所述氧气收集装置(120)还包括设于所述液氧回收罐(1)上的液氧回收罐排气开关(10)。2.根据权利要求1所述的冷氦增压地面试验系统，其特征在于，还包括设于所述氧箱(2)上的第一管路(140)、设于所述液氧加注车(3)车上的氧气加注管路(150)；所述第一管路(140)的自由端头连接有三通(5)；所述第一管路(140)上设有液氧加注阀(6)；所述液氧加注车(3)通过所述氧气加注管路(150)连接于所述三通(5)，所述氧气加注管路(150)上设有地面加注球阀(4)；所述氧气收集装置(120)包括氧气排放管路(130)、液氧泵(7)、液氧流量计(9)、以及连接驱动所述液氧泵(7)的液氧泵电机(8)；所述氧气排放管路(130)连接于所述三通(5)，所述液氧泵(7)和所述液氧流量计(9)均设于所述氧气排放管路(130)上。3.根据权利要求1所述的冷氦增压地面试验系统，其特征在于，所述液氮罐(11)具有液氮加注入口(12)和液氮泄出出口(13)；所述过冷氧温区模拟装置(100)还包括连接于所述冷氦气瓶(14)的第二管路，所述第二管路(160)上设有第三温度传感器(15)；所述第二管路的自由端头具有多通接头(18)，所述多通接头(18)连接有冷氦气瓶口压力传感器(19)；所述过冷氧温区模拟装置(100)还包括为所述冷氦气瓶(14)充氦气的地面氦气瓶充气设备，所述地面氦气瓶充气设备通过冷氦充气管路(170)连接于所述多通接头(18)；所述冷氦充气管路(170)上设有第一过滤器(16)和氦气瓶充气电磁阀(17)，所述第一过滤器(16)设于所述地面氦气瓶充气设备与所述氦气瓶充气电磁阀(17)之间。4.根据权利要求3所述的冷氦增压地面试验系统，其特征在于，所述增压装置(110)通过第三管路连(180)接于所述多通接头(18)，所述第三管路连(180)上设有第二过滤器(20)；所述增压装置(110)通过第四管路(190)连接于所述氧箱消能器(31)；所述增压装置(110)还包括设于所述第四管路(190)上的第二电加温器(28)和第二温度传感器(29)，所述第二电加温器(28)与所述第一温度传感器(27)，所述第二温度传感器(29)与所述氧箱(2)相邻；
所述增压装置(110)还包括设于所述第四管路(190)上氦气流量传感器(30)，且所述氦气流量传感器(30)处于所述第二温度传感器(29)与所述氧箱(2)之间。5.根据权利要求4所述的冷氦增压地面试验系统，其特征在于，所述增压装置(110)还包括并列设于所述第四管路(190)上的第一增压控制线路、第二增压控制线路、备份增压控制线路和常开增压控制线路；所述第一增压控制线路包括串联的第一路增压电磁阀(21)和第一孔板(251)；所述第二增压控制线路包括串联的第二路增压电磁阀(22)和第二孔板(252)；所述备份增压控制线路包括串联的备份路增压电磁阀(23)和第三孔板(253)；所述常开增压控制线路包括串联的常开路增压电磁阀(24)和第四孔板(254)；所述第一电加温器(26)和所述第一温度传感器(27)设于所有孔板之后的所述第四管路(190)上；所述增压装置(110)还包括管路连接于所述氧箱(2)的氧箱压力传感器(34)、以及连接于所述氧箱压力传感器(34)的氧箱增压控制器(35)；所述氧箱增压控制器(35)连接于并列设置的第一增压控制线路、所述第二增压控制线路、所述备份增压控制线路和所述常开增压控制线路。6.根据权利要求1所述的冷氦增压地面试验系统，其特征在于，所述液氧模拟装置(200)还包括设于所述氧箱(2)上的氧箱保险阀(33)，所述氧箱保险阀(33)的排气量利用孔板原理计算液氧排气量；所述液氧模拟装置(200)还包括设于所述氧箱(2)内的液氧液位传感器(36)。7.一种冷氦增压地面试验方法，其特征在于，包括：S101：向过冷氧温区模拟装置(100)所包括的冷氦气瓶(14)内充入氦气，直至所述冷氦气瓶(14)内的氦气达到预设冷氦量、预设冷氦温度、以及氦气压力保持在预设冷氦压力值；S102：通过过冷氧温区模拟装置(100)所包括的液氮罐(11)对浸泡在所述液氮罐(11)内的所述冷氦气瓶(14)进行降温，并持续向所述液氮罐(11)加入液氮使得所述冷氦气瓶(14)内的氦气压力保持在预设冷氦压力值；S103：采用液氧加注车(3)向液氧模拟装置(200)所包括的氧箱(2)加注液氧，直至所述氧箱(2)内的液氧液位达到预设液氧液位；S104：在所述冷氦气瓶(14)内的氦气达到预设冷氦量、预设冷氦温度、以及氦气压力保持在预设冷氦压力值，以及所述氧箱(2)内的液氧液位达到预设液氧液位后，将所述冷氦气瓶(14)内的冷氦通过管路输送到增压装置(110)；S105：采用所述增压装置(110)所包括的第一电加温器(26)对所述冷氦进行加热达到粗调节氦气温度，并通过设于所述第一电加温器(26)之后的冷氦流通路径上的第一温度传感器(27)采集加热的所述冷氦的温度；其中，所述增压装置(110)设于所述过冷氧温区模拟装置(100)与所述氧箱(2)之间的冷氦流通路径上；S106：打开设于所述氧箱(2)上的氧箱排气阀(32)，将加热的所述冷氦通过处于所述氧箱(2)内的氧箱消能器(31)输送到所述氧箱(2)内，通过加热的所述冷氦对所述氧箱(2)内的液氧进行增压使得所述液氧达到预设液氧压力值；S107：打开设于液氧回收罐(1)上的液氧回收罐排气开关(10)，采用抽取所述氧箱(2)内液氧的动力装置自所述氧箱(2)内抽取增压后的液氧，将增压后的液氧抽取到氧气收集
装置(120)所包括的所述液氧回收罐(1)内。8.根据权利要求7所述的冷氦增压地面试验方法，其特征在于，S101具体包括：打开设于冷氦充气管路(170)上的氦气瓶充气电磁阀(17)，采用过冷氧温区模拟装置所包括的地面氦气瓶充气设备向冷氦充气管路(170)输送氦气，且在所述氦气进入冷氦充气管路(170)之后采用设于所述冷氦充气管路(170)上的第一过滤器...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴华平，沈涌滨，
申请(专利权)人：北京天兵科技有限公司，
类型：发明
国别省市：