[發明專利]一種液體火箭發動機的推力調節方法及裝置

有效

• 申請號: 202111493433.1
• 申請日: 2021-12-08
• 公開（公告）號: CN114109652B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 楊凱銅;岳小飛;王志軍;王宏亞;唐夢瑩;周一凡;黃曉平;李耀方;劉李雷;龔習;趙爽
• 申請（專利權）人: 航天科工火箭技術有限公司
• 主分類號: F02K9/58
• 分類號: F02K9/58;F02K9/96
• 代理公司: 武漢智匯為專利代理事務所(普通合伙) 42235
• 代理人: 李恭渝

1.一種液體火箭發動機推力調節方法，其特征在于，所述液體火箭發動機包括燃料貯箱、氧化劑貯箱、燃氣發生器、渦輪、推力室以及管路，所述燃料貯箱中的燃料和氧化劑貯箱中的氧化劑大部分通過主管路進入推力室燃燒，小部分通過副管路進入燃氣發生器燃燒；所述副管路包括燃料副管路和氧化劑副管路，并分別設有燃料副閥和氧化劑副閥用于調節進入燃氣發生器的燃料和氧化劑流量；所述主管路中的氧化劑主管路設有氧化劑主閥，用于調節進入推力室的氧化劑流量，通過三個閥門的配合共同對發動機推力進行調節并且保持其他狀態參數穩定；

所述推力調節方法包括如下步驟：

S1、在地面試車試驗時獲得所述液體火箭發動機推力室壓力-調節閥開度表；

S2、基于所述推力室壓力-調節閥開度表和制導系統實時給出的推力室壓力指令，計算得到燃料副閥開度基準值x_gfcv0；

S3、獲取所述液體火箭的當前軸向目標過載n_{x_cx}與當前軸向實際過載n_x；

S4、根據所述當前軸向目標過載和當前軸向實際過載進行計算，包括步驟：

S41、計算所述當前軸向目標過載與所述軸向實際過載的偏差Δn_x；

S42、基于步驟S41計算得到的過載偏差Δn_x進行PI控制器計算，得到燃料副閥開度修正量Δx_gfcv；

S43、基于所述燃料副閥開度基準值x_gfcv0和所述燃料副閥開度修正量Δx_gfcv進行計算，得到燃料副閥開度指令；

S5、基于所述燃料副閥開度指令和所述推力室壓力-調節閥開度表計算得到氧化劑副閥和氧化劑主閥的開度指令；

S6、根據所述燃料副閥、氧化劑副閥、氧化劑主閥開度指令分別對調節閥開度進行調節，使所述發動機推力達到需要推力。

2.根據權利要求1所述的一種液體火箭發動機推力調節方法，其特征在于，當所述步驟S41計算得到的過載偏差小于預設控制精度時，停止對閥門開度的調節。

3.根據權利要求1所述的一種液體火箭發動機推力調節方法，其特征在于，所述步驟S42中PI控制參數選擇的方法是依據發動機設計的理論參數，計算各推力工況下推力產生的過載與燃料副閥開度比值的平均值Δx_gfcv的具體計算如下：

Δx_gfcv＝k₁×Δn_x+k₂×∫Δn_x

其中，k₁為比例系數，為的0.2-0.4倍，k₂為積分系數，為k₁的0.2-0.3倍。

4.根據權利要求1所述的一種液體火箭發動機推力調節方法，其特征在于，所述步驟S43中，燃料副閥開度指令x_{gfcv_cx}是由燃料副閥開度修正量Δx_gfcv與燃料副閥開度基準值x_gfcv0疊加得到：

x_gfcv＿cx＝x_gfcv0+Δx_gfcv。

5.根據權利要求1所述的一種液體火箭發動機推力調節方法，其特征在于，所述步驟S5中根據推力室壓力-調節閥開度表，利用燃料副閥開度指令進行插值，得到氧化劑副閥開度指令x_{gocv_cx}和氧化劑主閥開度指令x_{mocv_cx}，對發動機推力進行調節。

6.一種液體火箭發動機推力調節裝置，其特征在于，應用于液體火箭發動機通過權利要求1-5任一項所述的推力調節方法對發動機推力進行調節，包括：

參數獲取模塊，用于步驟S3中獲取軸向目標過載n_{x_cx}與當前軸向實際過載n_x；

補償計算模塊，用于步驟S4中計算過載差值，并進行PI控制器計算，得到甲烷副閥開度補償值以及甲烷副閥、氧副閥和氧主閥的開度指令；

控制執行模型，用于步驟S5中將各個閥門指令響應至需要的開度。