专利名称：全流量试验台氧气系统的制作方法
全流量试验台氧气系统
技术领域：
本发明涉及液体火箭发动机试验台氧气系统，尤其涉及全流量补燃循环发动机氧
气供应系统的设计。背景技术：
使用氧和氢作为推进剂的全流量补燃循环发动机具有无毒、无污染、可重复使用 等优点，是21世纪新型航天器候选动力装置之一。与传统的补燃循环发动机相比较，全流 量补燃循环发动机所有流量的推进剂都进入预燃室进行燃烧，其中大部分的氧化剂和少量 的燃料进入富氧预燃室，燃烧后形成富氧燃气；大量的燃料和少量的氧化剂进入富燃预燃 室进行初步燃烧，形成富燃燃气；预燃室出口的燃气驱动涡轮后，以气体的形式喷射入燃烧 室。使用全流量补燃循环的发动机使驱动涡轮的燃气质量增加，在涡轮功率一定的情况下， 能降低涡轮入口燃气的温度，有利于涡轮的设计和提高寿命；使用富氧燃气驱动氧涡轮，能 降低氧涡轮与泵之间的密封要求。 气-气喷注器是全流量发动机的关键部件之一，虽然全流量发动机进入燃烧室的 是高温富氧燃气和富燃燃气，但开展常温氧气和氢气试验研究能揭示喷注器一些规律性的 性质。北京航空航天大学自2002年以来，开展全流量补燃循环发动机关键技术的研究，建 立全流量补燃循环发动机实验台，探索该发动机关键技术的解决方案，为将来大推力、可重 复使用火箭发动机的研制打下基础。 氧气系统的设计是全流量试验台建设的关键系统之一，主要是为试验部件和点火 器提供准确流量的氧化剂，并且精确控制氧气阀门的开启和关闭。此外，高压纯氧气的氧化 性极强，若遇到油脂或管道中高速运动的铁屑将会使氧气管道爆炸，氧气系统的设计需要 兼顾安全性和适用性。
发明内容
本发明创造性地提出了全流量试验台氧气系统的设计，将低温液氧转化为高压常 温气氧，能精确控制氧气的流量和准确控制氧气的供应和切断。能为同时全流量试验件和 点火器提供氧气。试验系统设计有高的可靠性和安全性。本发明的全流量试验台氧气系统 的设计如下所述。 全流量试验台供应系统分为两部分，一是主氧气路，为试验件供应氧气；另一路是 点火氧气路，为点火器提供氧气。氧气供应系统中，设计有氮气的接口，用于在试验完成后 吹除管道中的残余氧气；出于安全因素的考虑，氧气供应系统中，减压器后设计有安全阀， 当减压器出现泄漏或出现意外情况时，安全阀将会开启，泄放低压管道中的氧气。
图1是本发明全流量试验台氧气系统图。
具体实施方式
本发明首次提出全流量试验台的氧气系统设计。供应系统可分为主氧气路和点 火氧气路，具体由液氧储罐、液氧泵、蒸发装置、高压氧气罐、阀门、减压器和音速喷嘴组成； 供应系统中设计有压力和温度测量口便于计算管道中介质流量；设计有氮气吹除和置换接 口，用于吹除管道中的残余氧气。 氧气系统是采用将液氧蒸发的方法，为全流量试验台提供氧气。将液氧加注到液 氧储罐，通过液氧泵将低压液氧增压至高压，高压液氧在蒸发器内转化为高压氧气，，并储 存在高压氧气罐。 高压氧气罐流出的氧气分两路向输送至试验件， 一路为主氧管路，管道设计直径 为40mm，为试验件提供氧气；一路为点火氧气路，管道直径为15mm，为点火器提供氧气。
高压氧气罐中的氧气通过过滤器2和高压球阀3后进入主减压器4和点氧减压器 13 ;主氧路经主减压器减压后在设计的流量范围内保证调定的压力精度，进入气动阀6和 涡街流量计9，涡街流量计9入口前安装有温度传感器7和压力传感器8，以便于精确测量 介质的压力和温度。流量计后氧气进入全流量试验间，依次通过音速喷嘴11和气动截止阀 12，最后由2根软管连接到富氧预燃室；在气动截止阀6后，设计有富燃预燃室管道，节流阀 18能调节音速喷嘴19入口前的压力，使流量符合富燃预燃室氧流量设计值，通过气动截止 阀20后进入富燃预燃室。用于点火的氧气经点氧减压器13减压后进入电磁阀15，然后进 入点氧质量流量计16，进入全流量试验间，试验间内氧气分为三路通过音速喷嘴分别为 全流量的富氧预燃室、富燃预燃室和主推力室提供点火氧气。 试车时，在确定上游高压氧气罐和管路部分压力正常后，依次打开高压气罐上的 手阀1、减压器前的球阀3、阀门6和15，并且调节减压器出口达到额定的压力，最后打开在 试车间的气动阀进行试验；温度传感器7用于测量氧气介质的温度，压力传感器8和10可 测量介质压力，用于计算介质的流量。 氧气系统的减压器后设计有安全阀5和14，当出现氧气；在系统中的设计有氮气 吹除接口 ，用于在试验结束后氮气能吹除管道中的剩余氧气。
权利要求
全流量试验台氧气系统由液氧储罐、液氧泵、蒸发装置、高压氧气罐、阀门、减压器和音速喷嘴组成，其特征在于氧气系统分为主氧路和点氧路，分别为试验部件和点火器提供氧气。
2. 如权利要求1所述的氧气试验系统，其特征在于使用液氧泵将低压液氧储罐中的 液氧压縮成高压液氧，液氧泵出口后的液氧经过蒸发装置，转化为常温气氧。
3. 如权利要求1或2所述的氧气试验系统，其特征在于氧气分为主氧路和点火氧气 路，分别向预燃室和点火器提供氧气。
4. 如权利要求l-3任一权利要求所述的氧气试验系统，其特征在于点火氧气路分为3 路，分别为富氧预燃室、富燃预燃室和推力室提供点火用的氧气。。
5. 如权利要求5所述的氧气试验系统，其特征在于系统中设计有氮气吹除接口和安 全阀门，使氧气系统安全可靠。
全文摘要
全流量试验台氧气系统的设计，能精确控制氧气的流量，实现对氧气介质的供给和切断。全流量试验台氧气供应系统由液氧储罐、液氧泵、气化器、高压储箱、阀门、减压器和音速喷嘴组成。经过手动球阀后，氧气分为两路，一是主氧气路，为试验件供应氧气；另一路是点火氧气路，为点火器提供氧气。氧气供应系统中，设计有氮气的接口；减压器后设计有安全阀，使氧气试验系统有高的安全性和适用性。
文档编号G01M15/02GK101782462SQ20091007697
公开日2010年7月21日 申请日期2009年1月15日 优先权日2009年1月15日
发明者俞南嘉, 杜正刚, 蔡国飙 申请人:北京航空航天大学