[發明專利]一種富氧補燃發動機推力室直連熱試系統及熱試方法

有效

• 申請號: 202010850805.0
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN111963337B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 李春紅;高玉閃;邢理想;武曉欣;趙劍;張相盟;陳文
• 申請（專利權）人: 西安航天動力研究所
• 主分類號: F02K9/50
• 分類號: F02K9/50;F02K9/62;F02K9/58;F02K9/96;F02K9/95;F02K9/60
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 屠沛

1.一種富氧補燃發動機推力室直連熱試系統，其特征在于；包括用于向待考核推力室(3)提供熱試條件的燃氣發生器(1)、渦輪壓比模擬裝置(2)、燃料供應單元以及氧化劑供應單元；

所述燃氣發生器(1)通過渦輪壓比模擬裝置(2)與待考核推力室相連；

所述燃料供應單元包括燃料貯箱(4)以及三路燃料供應管路；所述三路燃料供應管路分別為發生器燃料路(6)、推力室點火路(7)和推力室燃料主路(8)；

所述氧化劑供應單元包括氧化劑貯箱(5)以及發生器氧化劑供應路(9)；

所述發生器燃料路(6)上沿供應方向依次設置有第一控制閥(12)、第一點火導管(13)、燃料閥(14)和第一吹除閥；

所述推力室點火路(7)上沿燃料供應方向依次設置有第二控制閥(15)、第二點火導管(16)以及單向閥(18)；

所述推力室燃料主路(8)上沿燃料供應方向依次設置有燃料主閥(20)和第二吹除閥；

所述發生器氧化劑供應路(9)上沿氧化劑供應方向設置有氧閥(10)；

所述發生器燃料路(6)上，燃料貯箱(4)與第一控制閥(12)之間設置有第一流量調節組件(11)；

所述推力室點火路(7)上，第二點火導管(16)與所述單向閥(18)之間設置有第二流量調節組件(17)；

所述推力室燃料主路(8)上，燃料貯箱(4)與燃料主閥(20)之間設置有第三流量調節組件(19)；

所述發生器氧化劑供應路上，氧化劑貯箱(5)與氧閥(10)之間設置有第四流量調節組件(21)；

所述渦輪壓比模擬裝置(2)包括依次連通的進氣段(22)、收縮段(23)、喉部(24)、擴張段(25)和出口段(26)；

所述進氣段(22)、喉部(24)以及出口段(26)均為直流段；進氣段(22)與燃氣發生器(1)的燃氣管連通，出口段(26)與待考核推力室(3)燃氣入口導管連通；進氣段(22)和出口段(26)的外側均設置有安裝座(27)；

所述收縮段(23)流道截面的面積逐漸減小；

所述擴張段(25)流道截面的面積逐漸增大，且擴張段(25)的最小直徑等于喉部(24)的直徑，擴張段(25)最大直徑等于出口段(26)的直徑；

定義喉部的直徑為d，出口段的直徑為c1，擴張段的擴張角為α；

其中，c1的取值與待考核推力室燃氣入口導管的入口直徑相等；

d的取值由以下公式確定：

其中，q_m—燃氣流量，kg/s；

R_i—渦輪壓比模擬裝置燃氣入口氣體常數，J/(kg·K)；

T_i—渦輪壓比模擬裝置燃氣入口溫度，K；

μ—渦輪壓比模擬裝置流量系數，取0.99；

p_i—渦輪壓比模擬裝置入口壓力，Pa；

p_e—渦輪壓比模擬裝置出口壓力，Pa；

k—燃氣比熱比；

α的取值由以下公式確定：

ζ＝△p/(ρv₀²/2)＝[20(c₁/d)^0.66]/(tgα)^0.75/Re

其中，ζ—渦輪壓比模擬裝置流阻系數；

△p—入口壓力和出口壓力差，Pa；

υ₀—喉部流體的流速，m/s；

ρ—介質密度，氣體通過ρ＝p/RT計算得到，kg/m³；

c₁—渦輪壓比模擬裝置出口段的直徑，m；

Re—燃氣流動雷諾數。

2.根據權利要求1所述的富氧補燃發動機推力室直連熱試系統，其特征在于：

所述第一流量調節組件(11)和第二流量調節組件(17)均為多級孔板；

所述第三流量調節組件(19)和第四流量調節組件(21)均為氣蝕管；

所述第一吹除閥和第二吹除閥采用單向閥。

3.根據權利要求2所述的富氧補燃發動機推力室直連熱試系統，其特征在于：

所述燃料為煤油；所述氧化劑為液氧。

4.采用權利要求1所述富氧補燃發動機推力室直連熱試系統的熱試方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)將組裝好的富氧補燃發動機推力室直連熱試系統安裝在試驗臺上，并將第一吹除閥和第二吹除閥與試驗臺的氮氣源連接；

2)打開第一吹除閥和第二吹除閥，對系統進行吹除；

3)打開氧化劑貯箱(5)將氧化劑充填至發生器氧化劑供應路的氧閥(10)前；

打開燃料貯箱(4)和第一控制閥(12)，將燃料分別充填至發生器燃料路(6)的燃料閥(14)前、推力室點火路(7)的第二控制閥(15)前、以及推力室燃料主路(8)的燃料主閥(20)前，并將第一點火導管(13)中的點火劑擠壓至燃料閥(14)前；

4)依次打開所述氧閥(10)、燃料閥(14)、第二控制閥(15)以及燃料主閥(20)，使氧化劑、燃料以及發生器燃料路(6)的點火劑進入燃氣發生器(1)中點火燃燒，產生高溫高壓富氧燃氣，高溫高壓富氧燃氣經渦輪壓比模擬裝置(2)減壓后進入待考核推力室(3)，富氧燃氣在推力室點火路(7)的點火劑作用下，與推力室燃料主路(8)供應的燃料點火燃燒，產生高溫燃氣，經噴管噴出后產生推力；

5)進入穩態后，第一吹除閥和第二吹除閥的后端壓力高于試驗臺氮氣源的壓力，發生器燃料路(6)以及推力室燃料主路(8)吹除自動關閉；

6)關閉系統全部閥門，工況下降；

7)當推力室和燃氣發生器壓力低于試驗臺氮氣源的壓力時，第一吹除閥和第二吹除閥自動打開，吹除燃料閥(14)和燃料主閥(20)的后腔道；

8)待所述待考核推力室(3)回溫后，熱試工作完成。