贮箱容积偏差及测量精度分析

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1、第39卷第1期2013年2月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．39，No．1Feb．2013贮箱容积偏差及测量精度分析马键，童飞，陈祖奎(西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：贮箱一般采用称重法进行容积测量，但测量值与理论设计值偏差较大。分析了贮箱在生产制造、液压试验、介质加注、称重、容积计算和变形等环节出现偏差的原因。通过贮箱计算实例分析了各环节偏差大小，提出了减小偏差的对策，并对贮箱容积测量提出了改进方案。关键词：贮箱；容积测量；偏差分析中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2013)01—00

2、41—05AnalysisondeviationandmeasuringprecisionoftankvolumeMAJian，TONGFei，CHENZu-kui(Xi’anAerospacePropulsionInstitute，Xi’an710100，China)Abmact：Theweightingmethodisusuallyadoptedtomeasurethevolumeoftanks，butitsmea-suredvaluehasagreatdeviationfromthetheoreticalvalue．Thereasonsthatthedeviatio

3、noccursintheprocessofmanufacture，hydraulicstest，mediumfilling，weighting，volumecalculationanddistor-tionareanalyzed．Thedeviationvalueofeachlinkisalsoanalyzedbymeansofanexampleoftankvolumecalculation．Somesolutionsfordecreasingthedeviationandamodificationschemeregardingwithtankvolumemeasurem

4、entareproposedinthispaper．Keywords：tank；volumemeasurement；deviationanalysis0引言在液体火箭推进系统研制中，为实现性能最优，通常需要精确测量贮箱的实际容积，以便确定推进剂实际加注量、气垫实际容积等，了解贮箱真实工作性能，确保飞行成功。目前，容积测量的方法主要有三种：衡量法、容量比较法和几何测量法。火箭用液体贮箱一般采用称重法(即衡量法)，大型贮箱有时也采用流量计法(即容量比较法)。在某贮箱研制中，由于采用“加满泄出”的推进剂加注方案，将贮箱的实际容积作为控制加注精度的基准条件，对容积测量提出了偏差不

5、大收稿日期：2012—06—15；修回日期：2012—09—25作者简介：马键(1972--)，男，高级工程师，研究领域为液体火箭发动机总体设计42火箭推进2013年2月于1L的要求。但是在研制过程中发现，贮箱实测容积均与理论容积存在较大偏差。某设计容积880L的贮箱，其容积测量偏差在一0．74％～2．28％之间；某设计容积300L的贮箱，其测量偏差也在一0．94％～1．20％之间。这种偏差造成无法确定贮箱实际容积，推进剂加注量偏差大于设计值(要求精度0．5kg)，使推进剂加注过多或过少，影响飞行任务的完成，严重时甚至会造成灾难性失败。1偏差分析贮箱从设计到容积测量，如图

6、1所示，需要经历生产制造、液压试验、介质加注、称重、计算和变形等环节，如采用流量计法，则不需称重、计算环节。每个环节都会造成测量容积与理论容积偏差。在工程实际中，贮箱容积测量一般在贮箱液压试验之后进行，有时也在液压试验之前增加一次液压试验对贮箱造成的变形测量。巨丑—冒I叵囵图1贮箱容积测量过程Fig．1Processoftankvolumemeasurement1．1生产制造贮箱生产制造时，主要形状尺寸均存在一定公差，造成最终容积上的偏差。大中型贮箱出于加工、成本方面考虑，一般采用板材钣金、拼焊而成，其线性尺寸公差控制精度较差，一般可达到0．2％一1％，折算到容积上可达0

7、．6％～3％。因此，贮箱设计时，其容积偏差已存在。容积测量之前，应对设计偏差进行计算，确定合理允差。1．2加注实际液体加注过程中，由于贮箱内部结构、排气口设置位置、贮箱放置姿态等因素，贮箱不能完全被加满，贮箱内部存在的气体无法排出，形成“气隙”，造成贮箱容积测量值偏小。通过内部结构设计和贮箱加注姿态设定使“气隙”容积应尽量减小。对存在的“气隙”，应通过计算得出其容积，用于贮箱容积测量偏差纠正。1．3液体计量1)称重法采用“称重法”进行容积标定时，称重实测值为表观质量，对于大中型贮箱，还需考虑称重表观质量和真实质量的差别，即需要