[實用新型]液氧流量現(xiàn)場原位校準裝置

有效

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• 申請日: 2017-11-21
• 公開（公告）號: CN207540637U
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發(fā)明（設計）人: 秦永濤;薛靜;李正兵;薛寧;李亮
• 申請（專利權）人: 西安航天動力試驗技術研究所
• 主分類號: G01F25/00
• 分類號: G01F25/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

本實用新型屬于航空、航天技術領域，涉及液氧煤油發(fā)動機試驗使用的液氧流量現(xiàn)場原位校準裝置。該裝置包括電容液位計和信號處理單元，所述電容液位計為分節(jié)式電容液位計，分節(jié)式電容液位計包括金屬內筒及位于金屬內筒外側的多個間隔設置的奇數(shù)節(jié)金屬環(huán)及偶數(shù)節(jié)金屬環(huán)，奇數(shù)節(jié)金屬環(huán)與偶數(shù)節(jié)金屬環(huán)之間設置有絕緣環(huán)，各奇數(shù)節(jié)金屬環(huán)之間通過電連接件連接并通過引線引出奇數(shù)節(jié)電容信號，各偶數(shù)節(jié)金屬環(huán)之間通過電連接件連接并通過引線引出偶數(shù)節(jié)電容信號。本實用新型通過電容信號換算出液位，通過液位計算出質量流量，從而有效解決了低溫介質大口徑渦輪流量計原位校驗問題，提高了液氧煤油發(fā)動機試驗液氧流量測量精度。

技術領域

本實用新型屬于航空、航天技術領域，涉及液氧流量現(xiàn)場原位校準裝置，具體涉及航天液氧煤油發(fā)動機試驗使用的液氧流量現(xiàn)場原位校準裝置。

背景技術

液氧煤油發(fā)動機交付給運載火箭總體前，必須經(jīng)過性能參數(shù)考核驗證。火箭發(fā)動機地面試驗目的之一是獲得發(fā)動機性能參數(shù)，并對發(fā)動機的性能做出客觀評價，因此，測量數(shù)據(jù)必須準確可信。液氧煤油發(fā)動機的主要性能參數(shù)有推力、壓力、流量、比沖、轉速等，其中比沖是衡量發(fā)動機性能的重要指標，對確定的推進劑組合，比沖的大小最能體現(xiàn)液體火箭發(fā)動機的設計和工藝水平。然而比沖是導出量，通過測量發(fā)動機推力與推進劑流量計算得出，發(fā)動機推進劑流量由液氧流量與煤油流量組成，煤油流量的測量不確定度已達0.5％，因此低溫推進劑液氧流量的測量準確性顯得非常重要。目前，承擔液氧煤油發(fā)動機試驗液氧流量測量的渦輪流量計測量確定度較低，無法滿足發(fā)動機性能參數(shù)——比沖的評價要求。由于低溫液氧流量測量涉及因素多，不能像常溫介質那樣直接使用質量流量計準確獲得，因此，液氧流量準確測量成為液氧煤油發(fā)動機研制的一個關鍵環(huán)節(jié)。

目前，液氧煤油發(fā)動機液氧流量比較大，主要通過渦輪流量計測量體積流量與液氧密度相乘來獲得，密度由推進劑溫度與壓力計算得出。渦輪流量計液氧流量測量誤差主要源自兩方面，一方面，利用水校準得到的渦輪流量計儀表系數(shù)直接應用于低溫推進劑會導致一定的誤差；另一方面由于渦輪流量計在發(fā)動機試驗現(xiàn)場受安裝應力、安裝角度等影響，導致渦輪流量計特性發(fā)生改變。因此將校準裝置移至測試現(xiàn)場是提高測量數(shù)據(jù)準確性的有效方法，也是計量技術的發(fā)展趨勢，通過開展液體火箭發(fā)動機低溫大流量原位校準技術研究，降低液氧密度測量不確定度，建立低溫大流量現(xiàn)場原位計量校準系統(tǒng)，對渦輪流量計實現(xiàn)低溫現(xiàn)場原位校準，消除或減小系統(tǒng)誤差，提高液氧流量測量準確性，客觀、準確評價120T液氧煤油發(fā)動機性能，為火箭總體客觀提供火箭工作質量流量數(shù)據(jù)。

國內低溫流體流量測量方面，80年代開始著手研究低溫液氧與液氫流量的測量與校準技術，主要采用渦輪流量計測量發(fā)動機試驗低溫推進劑流量。目前正在使用稱重法開展低溫流量現(xiàn)場校準技術研究，低溫流量的測量范圍低于50kg/s，渦輪流量計口徑不大于80mm。目前開展低溫大流量的測量研究，研制了大口徑低溫渦輪流量計，使用美國愛默生測量發(fā)動機液氧流量，同時使用德國雷昂尼克低溫質量流量計測量發(fā)動機液氧流量，多年液氧流量測量數(shù)據(jù)表明，相同工況等環(huán)境條件下，低溫質量流量計的測量數(shù)據(jù)重復性為3％，渦輪流量計頻率數(shù)據(jù)重復性1.0％，雖然低溫質量流量計實驗室常溫校準精度優(yōu)于0.2％，但在發(fā)動機試驗現(xiàn)場低溫條件下，重復性較差，無法提供試驗數(shù)據(jù)及實現(xiàn)渦輪流量計原位校準。

現(xiàn)有的流量測量裝置也有采用電容液位計進行液位測量，根據(jù)電容液位計兩個內金屬管間介質液位高度發(fā)生變化時，由于氣體和液體的介電常數(shù)不同而使兩個內金屬管形成的電容器的電容信號變化，用信號變送器將電容信號變化變換為電壓變化信號，并根據(jù)一定的計算方法得到該電壓信號的大小與液位高度的對應關系，即可實現(xiàn)液位的測量。

目前電容液位計以連續(xù)式為主，可以獲得液位，但是難以獲得準確液位，同時無法得到液位下降規(guī)律，也不能準確獲得液位下降的容積；并且傳統(tǒng)液位計抗液面波動能力比較差，甚至容易引起電容的異常接觸，引起信號干擾與異常，難以適應環(huán)境發(fā)動機對液位準確以及可靠性測量的目的。

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