一种抑制震荡的火箭发动机吹除气供应装置及其设计方法与流程

本发明涉及一种气体供应装置及设计方法，具体涉及一种抑制震荡的火箭发动机吹除气供应装置及其设计方法。

背景技术：

1、根据现有液氧煤油发动机的工作原理，液氧煤油发动机在工作过程中需要由试车台供应一定压力和流量的吹除气。吹除气的作用主要包括：1)防止潮湿空气在发动机内部凝结；2)吹除推力室燃料路防止窜腔；3)发生器燃料路吹除可乳化煤油，提高喷嘴压降；4)关机时发生器吹除可快速排掉燃气，使发动机迅速稳定关机；5)关机时燃料入口吹除确保推力室残存的煤油处于流动状态，避免煤油在推力室冷却通道内结焦。吹除气可以为氦气或氮气，并可根据气源压力的大小分为强吹和弱吹。

2、在发动机的起动过程中，高压吹除气可乳化小流量煤油，改善煤油的雾化效果，提高燃烧效率。图1为火箭发动机发生器燃料腔吹除示意图。发动机起动过程中，一部分小流量的煤油进入发生器燃料腔101时在吹除气体(氮气)的作用下迅速流出通过燃料喷嘴102进入发生器燃烧，一部分则对头腔进行充填。随着发生器压力的升高，吹除气体流量逐渐变小，最终完成煤油充填。因此高压吹除气的稳定供应对发动机的稳定起动具有重要作用。位于电磁阀之后的气体管路形成了一定容积的容腔，在控制阀门打开时，容腔内充填入大流量超音速的吹除气，但同时在容腔内也形成了超音速的压缩激波，导致吹除气形成了低频高幅值的振荡，使发动机头腔内吹除气的供应出现波动，最终对发动机带来了安全风险。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术在输送大流量、高压力的吹除气时，管道内吹除气产生了低频高幅值的振荡，使发动机头腔内吹除气的供应出现波动，导致对发动机带来安全风险的问题，而提供一种抑制震荡的火箭发动机吹除气供应装置及其设计方法。

2、为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

3、一种抑制震荡的火箭发动机吹除气供应装置，其特殊之处在于：

4、包括气源、发动机供气容腔、用于连接气源输出端与发动机供气容腔的气体供应管路以及设置在气体供应管路上的流量控制组件；所述流量控制组件距离气源由近及远依次包括质量流量计、过滤器、第一节流件、高压手阀、高压电磁阀以及第二节流件；所述第一节流件和第二节流件均为带有多个用于气体通过的通孔的法兰盖；所述过滤器和第一节流件之间、高压电磁阀和第二节流件之间均设置有压力传感器和温度传感器；所述第二节流件的通孔内径尺寸小于第一节流件的通孔内径尺寸。

5、所述质量流量计用于测量气体的供应流量；所述过滤器用于去除气体中的杂质。

6、进一步地，所述气源为气体储罐，其容积为20m3。

7、进一步地，所述过滤器带有多个微孔，过滤器的公称直径dn为32mm，过滤器的公称压力pn为350mpa，过滤器中每个微孔的直径均为5μm。

8、进一步地，所述气体供应管路的外径为48mm，壁厚为8mm，管路的强度高，可防止液氧煤油发动机试车时产生的振动对管路的破坏。

9、同时，本发明还提供了上述抑制震荡的火箭发动机吹除气供应装置的设计方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

10、步骤1，安装抑制震荡的火箭发动机吹除气供应装置；

11、步骤2，在气源内充入预设压力的吹除气；

12、步骤3，依次开启高压手阀和高压电磁阀，使吹除气供应至发动机供气容腔；

13、步骤4，根据质量流量计采集的质量流量数据、两个压力传感器采集的压力数据以及两个温度传感器采集的温度数据，调整并确定第一节流件和第二节流件的通孔内径尺寸和流量系数；

14、步骤5，测试气体供应管路的充填时间、压力稳定时间和压力波动最大值并绘制曲线，若达到预设目标，则完成对用于火箭发动机的吹除气供应装置的设计；若未达到预设目标，则返回步骤4，并重新确定第一节流件和第二节流件的通孔内径尺寸和流量系数，直至达到预设目标。

15、进一步地，步骤1中充入吹除气的压力为23mpa。

16、进一步地，步骤2中所述的吹除气为氮气。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、1、本发明提供的抑制震荡的火箭发动机吹除气供应装置，设置有第一节流件和第二节流件，通过调节第一节流件的尺寸，可抑制管路充填过程的压力振荡，同时延长密闭管路的充填时间；

19、2、本发明提供的抑制震荡的火箭发动机吹除气供应装置，采用耐高压、大容积的气体储罐，并采用气体供应管路直连供应吹除气，保证了气流的稳定；

20、3、本发明提供的抑制震荡的火箭发动机吹除气供应装置，具有原理简单、工艺可靠性好的优点。

技术特征：

1.一种抑制震荡的火箭发动机吹除气供应装置，其特征在于：

2.根据权利要求1所述抑制震荡的火箭发动机吹除气供应装置，其特征在于：

3.根据权利要求2所述抑制震荡的火箭发动机吹除气供应装置，其特征在于：

4.根据权利要求3所述抑制震荡的火箭发动机吹除气供应装置，其特征在于：

5.一种权利要求1～4任一所述抑制震荡的火箭发动机吹除气供应装置的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述抑制震荡的火箭发动机吹除气供应装置的设计方法，其特征在于：

7.根据权利要求6所述抑制震荡的火箭发动机吹除气供应装置的设计方法，其特征在于：

技术总结
本发明涉及一种气体供应装置，为解决现有技术在输送大流量、高压力的吹除气时，管道内吹除气产生了低频高幅值的振荡，使发动机头腔内吹除气的供应出现波动，导致对发动机带来安全风险的问题，而提供一种抑制震荡的火箭发动机吹除气供应装置及其设计方法。本发明提供的抑制震荡的火箭发动机吹除气供应装置，包括气源、发动机供气容腔、气体供应管路以及设置在气体供应管路上的流量控制组件；流量控制组件距离气源由近及远依次包括质量流量计、过滤器、第一节流件、高压手阀、高压电磁阀、第二节流件；第一节流件和第二节流件均为法兰盖；过滤器和第一节流件之间、高压电磁阀和第二节流件之间均设置有压力传感器和温度传感器。

技术研发人员：张洪春,于军,张路路,朱耀耀,马庆华,冯鑫锭,谭卓奇
受保护的技术使用者：西安航天动力试验技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27