【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种火箭发动机，具体涉及一种泵压变推力火箭发动机燃气发生器宽工况试验方法。
技术介绍
1、在发动机研制初期需进行燃气发生器的单独试验，以验证技术的可行性。试验获得的燃气热力参数的准确性对于保证发动机推力调整精度至关重要，燃气发生器的热力参数决定了涡轮输入功，进而决定发动机的推力。对于泵压式变推力液体火箭发动机，不仅要获得额定推力对应的燃气发生器热力参数，还要获得变推力范围内的热力参数。
2、传统试验方法是采用两个高压液体贮箱分别为燃气发生器提供高压氧化剂工质和高压燃料工质，并且为了保证热力参数测量的准确性，在高压贮箱和燃气发生器之间设置汽蚀管来控制进入燃气发生器的氧化剂和燃料流量。
3、在汽蚀管的汽蚀裕度δ范围内，汽蚀管的流量由汽蚀管的喉部直径、汽蚀管流量系数和贮箱压力决定，汽蚀管出口压力不影响汽蚀管的流量。
4、试验台通过精确控制贮箱压力来控制气蚀管的流量。由于泵压式液体火箭发动机燃气发生器工作压力高，流量大，这使得贮箱气腔容积变化剧烈，贮箱需要持续增压才能维持贮箱压力的稳定。对于固定推力的发动机来说，采用一套汽蚀管、较窄范围的贮箱压力即可完成试验考核。
5、但变推力发动机燃气发生器的工况范围宽，主要是混合比和燃烧室压力范围宽，传统试验方法存在以下问题：
6、1)配套一套汽蚀管，通过改变贮箱压力来获得不同工况下的热力参数。由于燃气发生器流量大，贮箱压力稳定的难度大，大范围改变贮箱压力容易造成贮箱压力波动，使得燃气发生器的混合比偏离设计值，带来燃气发生器烧
7、2)通过配套多套汽蚀管、进行多次试验来获得宽工况试验结果。
8、在一次试验中采用一套汽蚀管、稳定的贮箱压力进行试验，容易保证流量精度。但是如果想获得宽工况试验结果，则需要配备多套汽蚀管，并进行多次试验。频繁更换汽蚀管使得试验周期长，特别是对于常规自燃推进剂，由于推进剂有毒，更换汽蚀管时使用维护流程复杂，对人员和环境易造成损害，因此通常只能进行较少的极限工况试验，限制了试验数据的获得。
技术实现思路
1、为了解决目前泵压式变推力火箭发动机燃气发生器热力参数测量过程中配套一套汽蚀管导致测量结果不准确，而配套多套汽蚀管使得试验周期长的问题，本专利技术提供了泵压变推力火箭发动机燃气发生器宽工况试验装置及方法，本专利技术通过两次点火获得压力和混合比宽工况范围内的热力参数，试验台无需改变贮箱压力。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、一种泵压变推力火箭发动机燃气发生器宽工况试验装置，其特殊之处在于：
4、包括燃气发生器、气蚀管、流量调节器、第一断流阀、第二断流阀、第一贮箱和第二贮箱，所述燃气发生器的第一输入端与第一贮箱的输出端通过第一管路连接，所述燃气发生器的第二输入端与第二贮箱的输出端通过第二管路连接；
5、所述第一断流阀安装在第一管路上；
6、所述第二断流阀安装在第二管路上；
7、所述第一贮箱和第二贮箱用于存放不同种类的推进剂，所述推进剂为燃料或氧化剂；
8、所述第一管路中的推进剂流量与第二管路中的推进剂流量不相等；
9、所述流量调节器安装在推进剂流量较小的管路上，且靠近燃气发生器设置，用于自适应压差调节所在管路的流量；
10、所述气蚀管安装在推进剂流量较大的管路上，且靠近燃气发生器设置，用于控制所在管路的流量。
11、进一步地，所述第一管路中的推进剂流量大于第二管路中的推进剂流量，所述流量调节器安装在第二管路上，且靠近燃气发生器1的第二输入端；
12、所述气蚀管安装在第一管路上，且靠近燃气发生器的第一输入端。
13、进一步地，燃气发生器的总流量通过以下公式计算：
14、
15、其中，qmgg为燃气发生器的总流量，qmgg＝qmv+qmtj，qmv为汽蚀管的流量，qmtj为流量调节器的流量；rgg为燃气发生器燃气气体常数，tgg为燃气发生器燃气温度；pc为燃气发生器的燃烧室压力；at为燃气发生器的喉部等效面积；k为燃气发生器的定熵指数；
16、燃气发生器的混合比kgg表示如下：
17、
18、其中，为燃气发生器的氧化剂流量；为燃气发生器的燃料流量。
19、进一步地，所述汽蚀管的流量qmv通过以下公式计算：
20、
21、其中，cd为汽蚀管的流量系数；
22、av为汽蚀管等效喉部面积；
23、ρ为推进剂密度；
24、ptank1为第一贮箱的压力；
25、δpp1为第一贮箱到汽蚀管入口的压降；
26、ps为汽蚀管推进剂入口温度下的饱和蒸汽压；
27、汽蚀管的汽蚀裕度δ表示为：
28、
29、其中，piv为汽蚀管的入口压力，pev为汽蚀管的出口压力。
30、进一步地，所述第二管路的流量为流量调节器的开度的函数；通过改变流量调节器的开度来调节第二管路的流量，从而达到调节燃气发生器混合比的目的；
31、流量调节器的流量计算公式为：
32、qmtj＝f(α)
33、流量调节器的流量调节公式为：
34、δptj＝ptan k2-δpp2-δph-pc
35、其中，qmtj为流量调节器的流量；α为流量调节器的开度；δptj为流量调节器的压降；pc为燃气发生器的燃烧室压力；ptank2为第二贮箱的压力；δpp2为第二贮箱到流量调节器入口的压降；δph为燃气发生器喷注器压降。
36、一种泵压变推力火箭发动机燃气发生器宽工况试验方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：
37、步骤1，安装如权利要求1所述的泵压式变推力火箭发动机燃气发生器宽工况试验装置；第一贮箱为氧化剂贮箱，第二贮箱为燃料储箱；
38、步骤2，将第一贮箱和第二贮箱的压力增至设计值，首先打开第一断流阀，一定时间间隔后打开第二断流阀，使得氧化剂比燃料提前进入燃气发生器的燃气腔，氧化剂和燃料燃烧产生燃气，最终在燃气发生器中出口喉部建立燃烧室喉部第一压力pc1；
39、步骤3，通过改变流量调节器的开度，进而改变燃气发生器的混合比，燃气发生器燃气气体常数rgg和燃气发生器燃气温度tgg随之改变，记为第一组热力参数和得到燃气发生器混合比kgg与第一组热力参数之间的关系，即第一组试验数据；
40、步骤4，关闭第二断流阀5，之后关闭第一断流阀4；
41、步骤5，更换气蚀管，并按照步骤2-步骤4的方法，获得燃烧室喉部第二压力pc本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种泵压变推力火箭发动机燃气发生器宽工况试验装置，其特征在于：包括燃气发生器(1)、气蚀管(2)、流量调节器(3)、第一断流阀(4)、第二断流阀(5)、第一贮箱(6)和第二贮箱(7)，所述燃气发生器(1)的第一输入端与第一贮箱(6)的输出端通过第一管路连接，所述燃气发生器(1)的第二输入端与第二贮箱(7)的输出端通过第二管路连接；
2.根据权利要求1所述的一种泵压变推力火箭发动机燃气发生器宽工况试验装置，其特征在于：所述第一管路中的推进剂流量大于第二管路中的推进剂流量，所述流量调节器(3)安装在第二管路上，且靠近燃气发生器1的第二输入端；
3.根据权利要求2所述的一种泵压变推力火箭发动机燃气发生器宽工况试验装置，其特征在于：
4.根据权利要求2或3所述的一种泵压变推力火箭发动机燃气发生器宽工况试验装置，其特征在于：所述汽蚀管(2)的流量qmv通过以下公式计算：
5.根据权利要求4所述的一种泵压变推力火箭发动机燃气发生器宽工况试验装置，其特征在于：
6.一种泵压变推力火箭发动机燃气发生器宽工况试验方法，其特征在于，包括
7.根据权利要求6所述的泵压变推力火箭发动机燃气发生器宽工况试验方法，其特征在于：
8.根据权利要求7所述的泵压变推力火箭发动机燃气发生器宽工况试验方法，其特征在于，步骤3具体如下：
9.根据权利要求7所述的泵压变推力火箭发动机燃气发生器宽工况试验方法，其特征在于，步骤5具体如下：
10.根据权利要求9所述的泵压变推力火箭发动机燃气发生器宽工况试验方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种泵压变推力火箭发动机燃气发生器宽工况试验装置，其特征在于：包括燃气发生器(1)、气蚀管(2)、流量调节器(3)、第一断流阀(4)、第二断流阀(5)、第一贮箱(6)和第二贮箱(7)，所述燃气发生器(1)的第一输入端与第一贮箱(6)的输出端通过第一管路连接，所述燃气发生器(1)的第二输入端与第二贮箱(7)的输出端通过第二管路连接；
2.根据权利要求1所述的一种泵压变推力火箭发动机燃气发生器宽工况试验装置，其特征在于：所述第一管路中的推进剂流量大于第二管路中的推进剂流量，所述流量调节器(3)安装在第二管路上，且靠近燃气发生器1的第二输入端；
3.根据权利要求2所述的一种泵压变推力火箭发动机燃气发生器宽工况试验装置，其特征在于：
4.根据权利要求2或3所述的一种泵压变...
【专利技术属性】
技术研发人员：李斌，孙海雨，王海燕，兰晓辉，黄晓磊，黄蒙，陈新红，周江平，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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