液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)流量測(cè)量技術(shù)解析

梁永鵬 吉展陽

西安航天動(dòng)力試驗(yàn)技術(shù)研究所 陜西 西安 710100

在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過程中，需要黑了測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)流量參數(shù)，因?yàn)橐后w火箭發(fā)動(dòng)機(jī)具有不同的使用用途，流量測(cè)量傳感器需要在惡劣環(huán)境中工作，為了獲取準(zhǔn)確的流量參數(shù)，需要根據(jù)各種因素合理設(shè)計(jì)測(cè)量系統(tǒng)，合理選擇傳感器。

1 概述液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)流量測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了準(zhǔn)確、全面的測(cè)量參數(shù)，需要設(shè)計(jì)可靠的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)。合理設(shè)計(jì)流量參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的輸入條件，輸入條件包括發(fā)動(dòng)機(jī)工作模式和流量范圍自己傳感器環(huán)境條件等方面。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要明確測(cè)量不確定度的誤差分配，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件合理選擇傳感器。確定傳感器校準(zhǔn)方式，例如可以利用現(xiàn)場(chǎng)原位校準(zhǔn)方式。合理選擇傳感器冗余測(cè)量的手段，根據(jù)傳感器類型特征，合理設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理器和數(shù)據(jù)采集裝置等。根據(jù)數(shù)據(jù)分析工作的要求，明確數(shù)據(jù)提供方式[1]。

2 傳感器的選擇和安裝

在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中需要利用渦輪流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)，選擇渦輪流量計(jì)是因?yàn)檫@一設(shè)備響應(yīng)速度比較快，同時(shí)具有較小的流阻，可以適應(yīng)各種環(huán)境。但是渦輪流量計(jì)無法精確度有待提升。質(zhì)量流量計(jì)具有較高的精確度和可靠性，可以適應(yīng)各種介質(zhì)，但是這種設(shè)備具有較大流阻，很容易受到振動(dòng)的干擾。因?yàn)橐后w火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較惡劣，此外推進(jìn)劑特性和溫度具有較大的影響，很容易產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。如果選擇低溫介質(zhì)，將會(huì)增加系統(tǒng)誤差。在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)中利用質(zhì)量流量計(jì)，如果靠近發(fā)動(dòng)機(jī)安裝，那么將會(huì)受到管路振動(dòng)和介質(zhì)脈動(dòng)等方面的影響，影響到測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

可以保障測(cè)量精確度，需要準(zhǔn)確的安裝流量計(jì)。在安裝渦輪流量計(jì)的過程中，需要在上下游安裝直管段，控制安裝坡度在2°以內(nèi)。安裝質(zhì)量流量計(jì)的過程中，選擇的安裝位置要盡量遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)，設(shè)置支架之后，固定于連接法蘭上。在試驗(yàn)過程中，需要將波紋管和金屬軟管安裝在連接管路上，避免因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)影響到質(zhì)量流量計(jì)。朝下垂直的安裝彎管，在流量計(jì)部位安裝高點(diǎn)排氣裝置，在氣體測(cè)量過程中，在氣體流場(chǎng)穩(wěn)定的管路上安裝緩沖器，保障氣體穩(wěn)流效果[2]。

完成流量計(jì)安裝工作之后，需要控制安裝應(yīng)力，首次使用流量計(jì)，需要采取預(yù)冷處理。利用渦輪流量計(jì)的過程中，需要在主管路流量計(jì)附近管路中安裝傳感器。嚴(yán)格控制介質(zhì)溫度測(cè)量誤差在0.4°以內(nèi)。

3 現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)技術(shù)

在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過程中，數(shù)據(jù)測(cè)量可能會(huì)存在一定的偏差，因此需要利用測(cè)量參數(shù)校準(zhǔn)技術(shù)，使測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性得到提高。針對(duì)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)流量測(cè)量校準(zhǔn)裝置，需要分別設(shè)計(jì)常溫推進(jìn)劑和低溫推進(jìn)劑，在常溫推進(jìn)劑流量現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置運(yùn)行過程中，需要串聯(lián)質(zhì)量流量計(jì)和渦輪流量計(jì)，落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)原位校準(zhǔn)。

質(zhì)量流量計(jì)的校準(zhǔn)方法和計(jì)量方法具有相似性，利用質(zhì)量流量計(jì)可以同時(shí)獲取質(zhì)量流量和密度，分析體積流量和渦輪流量計(jì)輸出頻率的關(guān)系，技術(shù)人員可以根據(jù)最小二乘法明確介質(zhì)的斜率和截距。改變貯箱壓力，可以獲取不同的澆筑點(diǎn)流量值。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)原位校準(zhǔn)處理之后，可以提高數(shù)據(jù)測(cè)量的確定度。

在低溫介質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過程中不能利用低溫質(zhì)量流量計(jì)，因?yàn)榈蜏刭|(zhì)量流量計(jì)缺乏穩(wěn)定性，流量測(cè)量具有重復(fù)性。因?yàn)樾⌒偷蜏亟橘|(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)具有較小的介質(zhì)容器，可以利用稱重法開展現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)工作。因?yàn)榇笾行桶l(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)具有較大的介質(zhì)容器，無法利用稱重法落實(shí)原位校準(zhǔn)工作。因此技術(shù)人員需要測(cè)量介質(zhì)容器的體積和密度，因此落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)原位校準(zhǔn)工作[3]。

4 數(shù)據(jù)分析和提供

4.1 數(shù)據(jù)分析

在數(shù)據(jù)分析過程中可以利用數(shù)據(jù)處理取舍方法，在平穩(wěn)段數(shù)據(jù)，技術(shù)人員可以利用格魯布斯舍點(diǎn)公式，將異常點(diǎn)剔除，處理非正常流量數(shù)據(jù)。計(jì)算介質(zhì)密度的過程中，通過全程實(shí)時(shí)測(cè)量，計(jì)算溫度平均值。計(jì)算低溫介質(zhì)液氫和液氧等密度，需要利用測(cè)溫、測(cè)壓等方式。在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過程中，如果發(fā)現(xiàn)異常的流量數(shù)據(jù)，需要檢查測(cè)量系統(tǒng)和傳感器連接環(huán)節(jié)，同時(shí)可以檢測(cè)測(cè)量信號(hào)，檢查介質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)中是否存在多余物。在同一位置安裝串聯(lián)流量計(jì)，如果發(fā)現(xiàn)差值較大，并且不符合以前的規(guī)律，需要分析流量計(jì)校準(zhǔn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，明確問題發(fā)生的原因，提出針對(duì)性的解決措施。

4.2 數(shù)據(jù)提供方法

保障液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和客觀性，才可以真實(shí)地反映出發(fā)動(dòng)機(jī)性質(zhì)和質(zhì)量。技術(shù)人員可以將渦輪流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)串聯(lián)安裝在常溫介質(zhì)管路上，避免振動(dòng)因素影響到質(zhì)量流量計(jì)，保障質(zhì)量流量計(jì)數(shù)據(jù)的針對(duì)性。利用渦輪流量計(jì)，需要落實(shí)原位校準(zhǔn)工作。

在常溫推進(jìn)劑發(fā)送機(jī)試驗(yàn)過程中，需要利用兩臺(tái)渦輪流量計(jì)，利用質(zhì)量流量計(jì)原位校準(zhǔn)渦輪劑量計(jì)，通過多次試驗(yàn)，穩(wěn)定流量計(jì)差值，利用渦輪流量計(jì)獲取數(shù)據(jù)，根據(jù)各個(gè)時(shí)間點(diǎn)，獲取兩個(gè)流量計(jì)的平均值。針對(duì)凝膠推進(jìn)集合氣體流量，技術(shù)人員可以利用質(zhì)量流量計(jì)完成測(cè)量工作，在實(shí)際測(cè)量階段，需要利用質(zhì)量流量計(jì)落實(shí)原位校準(zhǔn)工作，利用測(cè)溫和測(cè)壓的方式獲得密度。

5 結(jié)束語

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過程中，流量測(cè)量環(huán)境比較惡劣，為了獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，技術(shù)人員需要選擇優(yōu)質(zhì)的傳感器和測(cè)量設(shè)備，選用針對(duì)性的測(cè)量工藝，將液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量反映出來，科學(xué)地評(píng)判發(fā)動(dòng)機(jī)性能。