非对称结构推进剂均衡供应装置及设计方法与流程

本发明属于发动机试验技术领域，涉及一种推进剂供应装置及方法。

背景技术：

四机并联试车要求试车台为四台发动机同时供应推进剂。推进剂包括低温氧化剂和常温燃料，低温推进剂分流器位于发动机中心线上。受此影响，常温燃料分流器位置偏离中心线。为了满足四台发动机入口工况一致的要求，需设计一套均匀供应常温燃料的分流系统，以满足四机并联发动机低温推进剂入口管路压力、流量及温度均匀性的要求。进一步地，为了应对类似情况，将分流装置设计流程化，满足其他条件下推进剂的均衡供应。

技术实现要素：

为了满足四台发动机入口工况一致的要求，本发明提供一套均匀供应常温燃料的非对称结构推进剂均衡供应装置及设计方法，以满足四机并联发动机低温推进剂入口管路压力、流量及温度均匀性的要求。

本发明的技术解决方案如下：

本发明所提供的非对称结构推进剂均衡供应装置，包括常温燃料供应管路及低温氧化剂分流器，

所述常温燃料供应管路包括主管路、燃料分流器及多个分流支管，所述多个分流支管通过燃料分流器与主管路连接；

所述低温氧化剂分流器位于发动机中心轴线上，其特殊之处在于：

所述燃料分流器的设置偏离中心线；所述分流支管包括依次连接的分流连接段及入口管；

所述分流连接段由直管和弯头组成，每条分流连接段中的弯头的半径大于等于管径的1.5倍，弯头不连续使用，单个弯头角度大于等于70度，弯头出口处设置的直管段长度为直管道通径的5～10倍；

所述入口管呈竖直状态；

所述燃料分流器出口段的总流通面积之和等于分流装置入口总面积。

本发明在分流连接段与入口管之间设置有补偿组件。

上述补偿组件为波纹管。

本发明所提供的非对称结构推进剂均衡供应装置的设计方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1)对燃料分流器周围部件进行三维建模；

2)利用周围部件三维图和发动机接口具体要求基本确定燃料分流器、主管路的位置和分流支管的走向；

3)采用计算流体动力学软件对初步设计出的管路进行流场计算；

4)判断各分流支管压降是否相近；若压降相差较大，需对分流支管的走向重新确定，并保证分流管路与周围部件的间隙大于0.5米，分流支管弯头大于等于管径的1.5倍，如此反复最终确定出最优设计，之后进行步骤5)；

5)放入试车架三维图中验证。

本发明还包括6)管路波纹管、固定管路支架的设置，具体为：

6.1)对每路分流支管设置波纹管，用于吸收发动机开车及关车时产生的水击，并保证安装时的便利性；

6.2)在管路的弯头进口段及出口段设置固定支架，支架的方向与液流方向保持垂直，以吸收管路内液体流动产生的冲击力，保证了整个非对称分流结构的可靠性；

6.3)在管路与支架之间设置软性材料垫板，在保证固定可靠性的前提下，提高整个管路结构在振动环境的可靠性。

本发明与现有技术相比，优点是：

1、本发明的推进剂均衡供应系统能够确保四机并联发动机各压力及流量达到了均衡供应，保证了四机发动机开机关机以及整个试车充满压力各环节系统的可靠性，满足了四机发动机及其它类似的多台发动机试车的要求。

2、本发明通过对不同弯头半径及弯头角度依据有限元分析进行了流场计算，确定使用弯头半径大于等于1.5R，同时应避免连续使用弯头，单个弯头角度大于等于70度的设计原则，充分避免了推进剂分流管中涡通量及较大盲板力的产生。

3、本发明为了减少开车及关车产生的水击压力，通过水击仿真，在四个分支管出口连接柔性连接波纹管；利用柔性连接件材料保证变形大于10％，以此达到吸收水击压力，保护分流装置，实际测量的水击压力减低为原来的60％。

4、本发明的分流装置的设计方法一经固化，对不同发动机试车要求有很好的适应性，可以确保在短期内设计出符合要求的分流装置，保证发动机入口压力要求。

附图说明

图1为燃料供应系统结构图；

图2为分流装置设计流程；

图3分流支管内压力分布云图；

图4分流支管内速度分布图。

其中附图标记为：1-主管路、2-燃料分流器、3-分流连接段、4-入口管。

具体实施方式

以下结合附图以四机试车推进剂均衡供应装置为例对本发明进行详细说明。

非对称结构推进剂均衡供应装置，包括常温燃料供应管路及低温氧化剂分流器，常温燃料供应管路包括主管路、燃料分流器及多个分流支管，多个分流支管通过燃料分流器与主管路连接；燃料分流器位于发动机中心轴线上，燃料分流器对常温燃料进行分流，满足四机试车对每个发动机入口温度、压力及流量的要求。

如图1所示，该系统包括常温燃料供应主管路、常温燃料分流装置、分流支管、管路补偿组件和紧固组件。

四机并联燃料供应主管路通过与分流装置与四个支管相连，四条支管采用非对称形式。分流支管包括分流连接段、补偿管及入口管，均由紧固装置固定于试车台。

由于每次试车状态不定，需要制定分流装置的设计流程，便于快速确定不同状态下的分流方案。分流装置设计流程如图2所示。分流装置的周围部件建模是对试车架，发动机架，消防圈，推进剂加注管道等进行三维建模；利用周围部件三维图和发动机接口具体要求基本确定分流器、入口管道的位置和分流支管的走向；采用计算流体动力学软件对初步设计出的管路进行流场计算，判断各分流管路的压降是否相等。若压降相差较大，会造成发动机入口压降不一致，影响试车成败，需对分流支管的走向重新确定，并保证分流管路与周围部件的间隙大于0.5米，分流支管弯头半径大于等于管径的1.5倍，如此反复最终确定出最优设计。

主管路的走向采用保证管道内流场分布的均匀性的布置方法，在弯头出口处设置直管段长度为通径的5～10倍，保证了管道内流体压力和流速的均匀性。燃料均衡分流装置利用大口径管道径向开口成为五通，分流器出口段的总流通面积之和等于分流装置入口总面积，保证分流装置内流速、压力的均衡性。分流器的各组件采用标准件组成，加工周期短，结构可靠。

此装置四组分流支管采用非对称设计，其管道走向与以往有很大不同，空间布局复杂，但四条分流支管的压降相差相等，确保四台发动机入口处压力一致。

补偿组件用来补偿燃料供应时的纵向位移，降低管道水击应力补偿组件和固定装置也由于分流管路的变化而有相应的变化。

本实施例中非对称分流装置的有限元分析和流场计算分布图如图3、图4所示。由图可见，分流支管内压力场变化均匀，分流效果理想，其中较高压力位于总管路拐角处、较高速度分布位于分流支管分叉处，最高压力为0.29MPa、最高速度为4.11m/s，均满足要求。

表1煤油分流支管出口稳态流动特性