一种液氧煤油燃气发生器挤压试车系统及方法与流程

本发明属于液体火箭发动机，涉及一种液氧煤油燃气发生器挤压试车系统及方法。

背景技术：

1、燃气发生器是泵压式液体火箭发动机的重要组件，其产生的高温燃气驱动涡轮做功。在发动机设计研制阶段，通过试车研究考核燃气发生器的工作性能和燃烧稳定性。

2、目前燃气发生器一般采用挤压试验方案进行试车。通常，将试车台贮箱与燃气发生器通过管路连接，调整入口压力来实现流量控制，工作时燃气通过喉部排出。这种方法可以检验燃气发生器稳定工作性能。但燃气发生器起动点火时，会出现很高的压力流量峰值，且不同工况下难以实现起动时序精确控制，产品容易出现严重烧蚀和损坏的情况。该试验方法不能模拟出口燃气在涡轮腔道的流动情况，不能模拟火药起动器点火起动与燃气发生器接力工作情况。另一种方法，通过燃气发生器-涡轮泵联合试车考核研究，主系统大流量推进剂通过泵后管路回收至贮箱，试验系统复杂、成本高且试车安全风险较高。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供一种液氧煤油燃气发生器挤压试车系统及方法，考核研究燃气发生器处于发动机状态环境下的工作特性。

2、本发明的技术解决方案如下：一种液氧煤油燃气发生器挤压试车系统，包括氧化剂供应系统、燃料供应系统、燃烧组件系统以及吹除系统；

3、燃烧组件系统包括燃气发生器、涡轮盖、火药起动器、烟火点火器、排气管，涡轮盖的入口分别与燃气发生器和火药起动器连接，涡轮盖出口连接排气管，燃气发生器头部中心连接烟火点火器；

4、氧化剂供应系统向燃气发生器中输入氧化剂，燃气供应系统向燃气发生器中输入燃烧剂；吹除系统对管路进行吹除。

5、进一步的，所述氧化剂供应系统包括氧化剂隔离阀、氧化剂副阀、氧化剂汽蚀管、氧化剂单向阀和氧化剂预冷排放阀；氧化剂隔离阀、氧化剂副阀、氧化剂汽蚀管、氧化剂单向阀沿推进剂流动方向依次连接；在氧化剂隔离阀与氧化剂副阀之间的管路上设置氧化剂预冷排放阀及排放管路；氧化剂单向阀与燃气发生器的氧化剂入口管连接。

6、进一步的，所述燃料供应系统包括燃料隔离阀、燃料汽蚀管、燃料副阀、燃料单向阀和燃料排放阀，燃料隔离阀、燃料汽蚀管、燃料副阀、燃料单向阀沿燃烧剂流动方向依次连接；在燃料隔离阀与燃料副阀之间的管路上设置燃料排放阀及排放管路；燃料单向阀与燃气发生器的燃料入口管连接；

7、进一步的，所述吹除系统包括氧化剂吹除阀；燃气发生器头部靠近氧化剂单向阀的部位连接氧化剂吹除阀；氧化剂吹除阀通过吹除管路与吹除气源连接。

8、进一步的，所述吹除系统还包括燃料吹除阀；在燃料副阀与燃料单向阀之间的管路上设置燃料吹除阀；燃料吹除阀通过吹除管路与吹除气源连接。

9、使用所述液氧煤油燃气发生器挤压试车系统的挤压试车方法，包括：

10、进行试车前的充填吹除试验；

11、进行氧化剂供应系统氮气置换、氧化剂供应系统吹除、氧化剂供应系统预冷充填；

12、根据试车控制时序，在不同的工况条件下，进行燃气发生器点火试车。

13、进一步的，所述试车前充填吹除试验，包括：

14、进行燃料供应系统水介质充填试验，获得不同工况下，燃料供应系统充填特性参数；根据试验数据和仿真计算，获得真实推进剂试验台供应条件下的燃料供应系统充填特性参数；

15、进行氧化剂供应系统液氧充填试验，获取不同工况下的氧化剂供应系统充填特性参数；

16、进行燃气发生器吹除试验：分别进行氧化剂路单路吹除、燃料路单路吹除、氧化剂路及燃料路双路吹除，分别获得强吹下的吹除气源压力p1、弱吹下的吹除气源压力p2、燃气发生器氧化剂喷前压力、燃气发生器燃料喷前压力。

17、进一步的，所述氧化剂供应系统氮气置换，包括：

18、打开氧化剂预冷排放阀，从氧化剂隔离阀的吹除口吹入氮气，对氧化剂隔离阀与氧化剂副阀之间的管路进行氮气置换，吹除时间不小于1min；

19、所述氧化剂供应系统吹除，包括：

20、打开氧化剂副阀，关闭氧化剂预冷排放阀，从氧化剂隔离阀的吹除口吹入氮气，吹除时间不小于1min；吹除结束后，关闭氧化剂副阀，打开氧化剂预冷排放阀；

21、所述氧化剂供应系统预冷充填，包括：

22、开启吹除气源，吹除压力为p1，对燃气发生器头腔进行氧化剂、燃料两路吹除；打开氧化剂隔离阀，对氧化剂副阀与推进剂试验台的贮箱之间的管路进行预冷，当氧化剂预冷排放阀出口温度不高于-150℃时，预冷充填结束。

23、进一步的，所述试车控制时序包括：

24、在-10s时刻，控制信号触发，进入试车控制时序，采集系统开始工作；

25、在0s时刻，火药起动器点火；

26、在t1时刻，烟火点火器点火；

27、在t2时刻，打开氧化剂副阀，液氧充填燃气发生器头腔；

28、在t3时刻，打开燃料副阀，煤油充填燃气发生器，燃气发生器点火；

29、在10s时刻，关闭氧化剂副阀，同时打开氧化剂预冷排放阀，随燃气发生器室压下降，氧化剂吹除阀自动打开，吹除燃气发生器氧化剂腔道；

30、在10s+t4时刻，关闭燃料副阀和燃料隔离阀，燃料吹除阀自动打开，吹除燃气发生器燃料腔道；

31、在15s时刻，关闭氧化剂隔离阀、燃料隔离阀；

32、在20s+t4时刻，控制采集系统停止工作。

33、进一步的，所述的一种液氧煤油燃气发生器挤压试车方法，还包括在燃气发生器点火试车后的后处理过程，包括：

34、打开燃料排放阀，在燃料隔离阀吹除口吹氮气；

35、打开氧化剂副阀，关闭氧化剂预冷排放阀，在氧化剂隔离阀吹除口吹氮气，吹除时间不小于1min，之后打开氧化剂预冷排放阀、关闭氧化剂副阀，并持续吹氮气，待氧化剂供应系统恢复至环境温度后，停止吹氮气。

36、本发明与现有技术相比的优点在于：

37、(1)本发明的方法在试车中采用燃气发生器、涡轮盖联合点火方案，可以有效获取燃气发生器处于发动机状态环境下的工作特性、高温燃气在涡轮腔道的流动特性，相比涡轮泵联试方案，系统简单，成本低，安全可靠。

38、(2)本发明的试验系统采用真实发动机副系统，采用燃气发生器、火药起动器联合起动点火方案，相比单独挤压试车方案，可以有效模拟副系统起动充填情况，模拟火药起动器强迫起动与燃气发生器接力工作特性。

39、(3)本发明通过起动过程仿真计算、冷调试验、吹除试验，确定了试车时序和起动方案，包括预冷、吹除时序，起动、关机时序等。在模拟燃气发生器起动工作过程方面，准确可靠。

40、(4)本发明在试验系统入口设置汽蚀管，进行流量精度控制，消除起动流量过大的问题，防止产品出现严重烧蚀和破坏。相比流量调节器，结构简单可靠。

41、(5)本发明的燃气发生器头腔设置吹除系统，在起动工作前时进行保护性吹除，起动充填过程进行推进剂乳化吹除，关机过程吹除残余推进剂。起动过程安全可靠，试车后处理简单。设置气动控制阀，多次打开工作，完成多工况试车，试验效率和质量高。