基于声学测量的喷注孔检测系统及方法与流程

本发明涉及发动机技术领域，具体地，涉及一种基于声学测量的喷注孔检测系统及方法。

背景技术：

由于发动机喷注器通常采用钛合金等强度高、硬度高的材料，在喷注孔切削过程中金属屑积聚在有限的钻头容屑槽内，碎屑像研料一样造成孔壁表面粗糙度增大，损伤孔出入口锐边和形成毛刺。喷注孔的加工问题直接影响推进剂单孔流量和喷注雾化状态，进而导致燃烧室燃烧不均匀，效率低下，局部高温使喷管喉部烧穿；燃烧不稳定使结构振动破坏，降低工作可靠性。

目前，发动机喷注孔加工质量检测通常射流形态观察和射流收集称量的方法。喷注孔射流聚集成束是喷注孔合格的重要条件之一，当喷注孔存在内表面粗糙、毛刺或者出入口锐边损伤的情况时，射流不能保持聚集成束的状态，出现紊流不稳定，在距离出口很近的位置散开形成离散液滴。另一方面，喷注器设计要求孔径相同的喷注孔流量一致，存在加工问题的喷注孔流量较其他合格孔偏小。通过收集并称量单位时间(通常3-5分钟)内孔径相同的喷注孔液流，可以检测出存在加工问题的喷注孔。

由于液流测试通常采用水介质，无色透明，同时喷注器上的喷注孔排布比较密集，所以射流形态不易观察分辨；另一方面，通过射流形态判断属于定性分析，存在一定的主观性和误差。收集法为了保证精度选择较长的收集时间，在喷注流量较大的情况下需要数百毫升的量筒才能满足称量需求。在量筒开口较大和喷注孔排布密集的情况下单次测量由于空间干涉无法合理布置量筒，分次测量容易引入新的误差。现有的检测方法无法满足工程要求，所以克服以上问题是设计新检测方法的关键。

经过检索，专利文献cn203685413u公开了一种吸气式发动机中自击式支板喷注器，主要用于向高马赫数下的超燃冲压发动机燃烧室内喷射燃料。该自击式支板喷注器，在自击式支板内开设了多个喷注孔，其中，两个相邻的喷注孔的中心线相交，这样在喷注孔燃料与空气的稳定高效率混合，同时该自击式支板喷注器的燃料腔和底座为一体式结构。但是该现有技术中并不能够解决存在的加工问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于声学测量的喷注孔检测系统及方法。以改善喷注器雾化效果，显著提高发动机工作性能和可靠性。

根据本发明提供的一种基于声学测量的喷注孔检测系统，包括：工作介质供应装置、喷注器、有机玻璃薄圆板和声学采集装置，

其中，工作介质供应装置连接喷注器；喷注器上设置有喷注孔，喷注孔出口间隔距离l处布置有机玻璃薄圆板；喷注孔出来的液体射流垂直打在有机玻璃薄圆板上；

喷注器一侧布置声学采集装置，通过采集液体射流撞击有机玻璃薄圆板的声学频率判断射流状态，检测喷注孔的加工质量。

优选地，液体射流包括合格喷注孔的聚集成束射流和存在加工问题喷注孔的发散射流。

优选地，喷注孔出口到有机玻璃薄圆板距离l由针对合格喷注孔的聚集成束射流和存在加工问题喷注孔的发散射流形态的细致观察和对比确定。

优选地，射流撞击圆板的声音频率判定标准，由预先对合格喷注孔的聚集成束射流频率进行标定，记作标定频率f0。

优选地，声学采集装置采集到的液体射流的频率f与标定频率f0相比较判断对应喷注孔是否合格。

优选地，还包括工作介质收集桶，工作介质收集桶设置在喷注器和有机玻璃薄圆板的下方。

根据本发明提供的一种基于声学测量的喷注孔检测方法，采用权利要求1-6中任一项所述的基于声学测量的喷注孔检测系统进行喷注孔加工质量的检测。

优选地，包括如下步骤：

步骤1：将基于声学测量的喷注孔检测系统装配完成；

步骤2：装配完成后，预先对合格喷注孔的聚集成束射流频率进行标定，记作标定频率f0；

步骤3：利用声学采集装置对所有喷注孔出来的液体射流的频率f进行测量；

步骤4：将测量得到的频率f和标定频率f0进行比较，如果频率f与标定频率f0差值在5％以内，则对应喷注孔的加工质量合格；如果频率f与标定频率f0差值大于5％，则对应喷注孔存在加工质量问题；

步骤5：若检测出来喷注孔具有加工质量问题，则对喷注孔进行修复，使其满足设计要求。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过设置声学采集装置利用声学频率对喷注孔的加工质量进行检测，相对于传统的收集测量法，更加的准确、快捷，将不易观察分辨的射流形态有形化，便于检测。

2、本发明通过基于声学测量的喷注孔检测方法能够实时观察喷注孔的加工情况，从而改善喷注器的雾化效果，显著提高了发动机的工作性能和可靠性。

3、本发明所要解决的技术问题是快速检测喷注孔加工中出现的毛刺、碎屑和内表面粗糙问题，改善喷注器雾化效果，提高发动机的工作性能和可靠性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中基于声学测量的喷注孔检测系统示意图；

图2为本发明中喷注孔射流的不同形态示意图。

图中：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1、图2所示，本发明提供了一种基于声学测量的喷注孔检测系统，包括：工作介质供应装置1、喷注器2、有机玻璃薄圆板3、声学采集装置4和工作介质收集桶5，工作介质供应装置1连接喷注器2；喷注器2上设置有喷注孔，喷注孔出口间隔距离l处布置有机玻璃薄圆板；喷注孔出来的液体射流垂直打在有机玻璃薄圆板3上；喷注器一侧布置声学采集装置4，通过采集液体射流撞击有机玻璃薄圆板3的声学频率判断射流状态，检测喷注孔的加工质量。工作介质收集桶5设置在喷注器2和有机玻璃薄圆板3的下方。

进一步来说，液体射流包括合格喷注孔的聚集成束射流和存在加工问题喷注孔的发散射流。喷注孔出口到有机玻璃薄圆板距离l由针对合格喷注孔的聚集成束射流和存在加工问题喷注孔的发散射流形态的细致观察和对比确定，经过多次调整总结工程测试经验。

再进一步来说，射流撞击圆板的声音频率判定标准，由预先对合格喷注孔的聚集成束射流频率进行标定，记作标定频率f0。声学采集装置采集到的液体射流的频率f与标定频率f0相比较判断对应喷注孔是否合格。束状连续的射流撞击圆板时，频率与射流表面波频率相关，频率较低；存在加工问题的喷注孔射流在撞击圆板前已经散开不再连续，以大量的离散液滴与圆板相互作用，频率与液滴数量相关。

在图2中，a为合格喷注孔的聚集成束射流，b为存在加工问题喷注孔的发散射流。

本发明提供了一种基于声学测量的喷注孔检测方法，包括如下步骤：

步骤1：将基于声学测量的喷注孔检测系统装配完成；

步骤2：装配完成后，预先对合格喷注孔的聚集成束射流频率进行标定，记作标定频率f0；

步骤3：利用声学采集装置对所有喷注孔出来的液体射流的频率f进行测量；

步骤4：将测量得到的频率f和标定频率f0进行比较，如果频率f与标定频率f0差值在5％以内，则对应喷注孔的加工质量合格；如果频率f与标定频率f0的差值大于5％，则对应喷注孔存在加工质量问题；

步骤5：若检测出来喷注孔具有加工质量问题，则对喷注孔进行修复，使其满足设计要求。

本发明涉及航天器推进系统用液体火箭发动机，具体涉及一种基于声学测量的喷注孔检测方法和系统。本发明所要解决的技术问题是快速检测喷注孔加工中出现的毛刺、碎屑和内表面粗糙问题，改善喷注器雾化效果，提高发动机的工作性能和可靠性。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。