液氧煤油发动机试验用液氧容器容积的修正方法技术

本发明专利技术公开了一种液氧煤油发动机试验用液氧容器容积的修正方法，以解决采用现有的激光标定法无法精准的测量出试车时液氧容器容积的问题。具体包括根据温度、压力以及液氧容器内液位计的影响，对液氧容器容积分别进行修正；再进行液氧容器容积修正。本发明专利技术根据液氧容器容积标定和试验条件的不同，确定了试验条件下液氧容积的影响因素，根据各个影响因素分别对液氧容积进行修正，再进行综合，该方法能够精准的测量出试车时液氧容器容积。够精准的测量出试车时液氧容器容积。

【技术实现步骤摘要】
液氧煤油发动机试验用液氧容器容积的修正方法


[0001]本专利技术涉及液氧容器容积的修正方法，具体涉及一种液氧煤油发动机试验用液氧容器容积的修正方法。

技术介绍

[0002]液氧煤油火箭发动机是新一代无毒、无污染的发动机，具有比冲高、成本低等特点。随着发动机研制逐渐成熟，液氧煤油发动机已成为多种运载火箭的主动力液体火箭发动机，承担着探月以及深空探测等一系列运载发射任务，为航天技术的快速发展起着不可替代的作用。
[0003]与常规推进剂液体火箭发动机不同，每一台液氧煤油发动机在交付飞行前均需进行地面工艺检定试验，获得每一台发动机在标准条件下的推力、比冲、混合比等性能数据，为火箭总体轨道计算、推进剂加注量提供依据。发动机地面试验中，保证每种测量参数的测量准确性，获得真实、可信的性能数据是发动机试验的目的之一。
[0004]液氧是液氧煤油发动机试验用氧化剂，液氧流量是发动机试验必须准确测量的关键参数之一，它与火箭发动机的比冲、混合比数据密切相关。液氧是一种低温推进剂，其沸点为
‑
183℃左右。为了获得发动机试验过程，尤其是起动段的流量数据，基于涡轮流量计重复性好、滞后时间小、压力损失小、适用温度范围宽的特点，多采用多台涡轮流量计串联安装的方式可靠测量液氧流量。但是在实际使用过程中，由于涡轮流量计的实验室校验环境与实际使用环境有差异，导致液氧流量测量数据存在一定偏差。为了提高液氧流量测量精度，采用分节式电容液位计对涡轮流量计进行原位校准技术研究，能够获得涡轮流量计原位真实介质校准系数。但在使用分节式电容液位计作为容积基准的过程中，需要对液氧容器的容积进行精确计算，以达到减小液氧流量测量误差的目的。
[0005]在液氧煤油发动机试验中，为了提高液氧流量测量精度，一般采用分节式电容液位计准确测量某一时间段内的液氧容积，以此容积做基准，对涡轮流量计进行原位校准。使用分节式电容液位计校准涡轮流量计的前提是液氧容器内的液氧容积准确。现阶段，液氧容器一般采用激光标定的方法进行容积标定，能够获得常温、常压条件下每毫米分度区间内的容器容积表，容积测量扩展不确定度小于0.02％。
[0006]但是，液氧容器容积标定时的条件与发动机试验时容器的使用条件存在差异：首先，容器容积标定时，在常温环境下进行，环境温度20℃左右。试车条件下，液氧容器内充满液氧液体，温度
‑
183℃及以下，温度变化200℃左右；温度由高到低的变化会导致液氧容器收缩，容积减小；其次，进行激光标定时，容器为敞开状态，压力为大气压，然而试车时，为了保证试验顺利进行，容器最高需承受1.0MPa的压力，高压会增大容器容积。再次，进行激光标定时容器内未安装其他组件；而实际使用时，容器内需安装分节式电容液位计等物品，都会占有一定的体积，并且这些液位计也会在低温、高压下发生形变，影响容器容积。因此采用现有的激光标定法标定的液氧容器容积不够精准。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种液氧煤油发动机试验用液氧容器容积的修正方法，以解决采用现有的激光标定法无法精准的测量出试车时液氧容器容积的技术问题。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种液氧煤油发动机试验用液氧容器容积的修正方法，所述液氧容器包括圆柱段和设置在圆柱段两端的半球形端盖；其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0009]步骤1、根据温度、压力以及液氧容器内液位计的影响，对液氧容器容积分别进行修正，所述液氧容器中设有至少一支液位计；
[0010]1.1、温度修正：
[0011]在常温常压条件下，对液氧容器进行标定；根据下式对试验条件下的液氧容器容积进行修正，得到温度修正后的液氧容器容积V
t
；
[0012]V
t
＝V
bd
(1+(2α1+α2)
×
(t
‑
t
bd
))
[0013]式中：V
bd
为液氧容器常温、常压下标定的容积；t为试验条件下，液氧容器内的液氧温度；t
bd
为液氧容器常温、常压下标定时的温度；α1为液氧容器制造材料的线性膨胀系数；α2为液位计制造材料的综合线性膨胀系数；
[0014]1.2、压力修正：
[0015]根据下式对承受压力条件下的液氧容器容积进行修正，得到压力修正后的液氧容器容积V
p
；
[0016][0017]式中：R为液氧容器圆柱段的半径；P为试验条件下，液氧容器内的压力；H为试验时消耗的液氧高度；E为液氧容器材料的弹性模量；δ为液氧容器中圆柱段的壁厚；
[0018]1.3、液位计体积修正：
[0019]根据下式对试验条件下的分节式电容液位计进行修正，得到分节式电容液位计修正后的体积V
YW
；
[0020]V
YW
＝S
i
×
H
[0021]式中：S
i
为所有液位计的截面积之和；H为试验时消耗的液氧高度；
[0022]步骤2、液氧容器容积修正：
[0023]根据下式对步骤1得到的温度修正后的液氧容器容积V
t
、压力修正后的液氧容器容积V
p
、液位计修正后的体积V
YW
进行综合，得到试验条件下液氧容器的容积V；
[0024][0025]进一步地，步骤1中，所述液位计为分节式电容液位计；所述液位计包括相互交叉排布的m个长节分节和n个短节分节，所述长节分节和短节分节的中部为铝管，两端分别设有用于绝缘的玻璃钢管。
[0026]进一步地，步骤1.1中，所述α2根据下式获取：
[0027][0028]式中：l1为长节分节中铝管的长度；l2为短节分节中铝管的长度；l3为长节分节和
短节分节中玻璃钢管的长度；α
FRP
为玻璃钢的线性膨胀系数；α
Al
为铝的线性膨胀系数。
[0029]本专利技术的有益效果：
[0030]1、本专利技术根据液氧容器容积标定和试验条件的不同，确定了试验条件下液氧容积的影响因素，根据各个影响因素分别对液氧容积进行修正，再进行综合，该方法能够精准的测量出试车时液氧容器容积。
[0031]2、本专利技术通过对液氧容器容积进行温度、压力以及液位计容积修正，极大提高了试验条件下，某一时间段内的液氧容积精度，为提高液氧体积流量测量精度奠定了基础。
具体实施方式
[0032]下面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。
[0033]本专利技术需要消除液氧容器标定与液氧容器使用条件差异对液氧容器容积的影响，对液氧容器容积进行低温温度、压力以及液氧容器内分节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液氧煤油发动机试验用液氧容器容积的修正方法，所述液氧容器包括圆柱段和设置在圆柱段两端的半球形端盖；其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据温度、压力以及液氧容器内液位计的影响，对液氧容器容积分别进行修正，所述液氧容器中设有至少一支液位计；1.1、温度修正：在常温常压条件下，对液氧容器进行标定；根据下式对试验条件下的液氧容器容积进行修正，得到温度修正后的液氧容器容积V
t
；V
t
＝V
bd
(1+(2α1+α2)
×
(t
‑
t
bd
))式中：V
bd
为液氧容器常温、常压下标定的容积；t为试验条件下，液氧容器内的液氧温度；t
bd
为液氧容器常温、常压下标定时的温度；α1为液氧容器制造材料的线性膨胀系数；α2为液位计制造材料的综合线性膨胀系数；1.2、压力修正：根据下式对承受压力条件下的液氧容器容积进行修正，得到压力修正后的液氧容器容积V
p
；式中：R为液氧容器圆柱段的半径；P为试验条件下，液氧容器内的压力；H为试验时消耗的液氧高度；E为液氧容器材料的弹性模量；δ为液氧容器中圆柱段的壁厚；1.3、液位计...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷震，高强，雷鸣，霍涛，张萌，白金，吴锦凤，李宇，王柯婷，付琳琳，
申请(专利权)人：西安航天动力试验技术研究所，
类型：发明
国别省市：