基于AMESim减压阀动态特性仿真与试验研究.pdf

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1、上海航天AEROSPACESHANGHAI第32卷2015年第1期文章编号：1006—1630(2015)01一0048—06基于AMESim减压阀动态特性仿真与试验研究滕浩，石玉鹏，张亮，臧辉(上海宇航系统工程研究所，上海201109)摘要：为解决运载火箭高压小流量减压阀在低温一40℃下出现出口压力剧烈波动及起动段压力长时间下降的问题，对减压阀进行了动态仿真和试验研究。建立了仿真数学模型，用AMEsim工具仿真减压阀的压力、阀芯位移动态特性，结果与试验数据基本一致。研究表明起动段压力长时间下降及压力爬行是因摩擦力

2、所致。改进的高压密封结构，消除了减压阀低温条件下出口压力的剧烈波动。关键词：减压阀；动态特性；泄漏；摩擦力中图分类号：V434．23文献标志码：ASimulativeandExperimentalStudyofDynamicCharacteristicsofPressureReIiefValveBasedonAMESimTENGHao，SHIYu—peng，ZHANGLiang，ZANGHui(AerospaceSystemEngineeringShanghai，Shanghai201109，China)Abstr

3、act：Thedynamiccharacteristicsofpressurereliefvalvewasstudiedbythesimulationandexperimenttosolvetheproblemsoftheoutletpressurefluctuatingofpressurereliefvalveanddecreasingwhenenvironmenttemperaturewas一40℃inthispaper．Thesimulationmodelwasestablished．Thepressurea

4、ndpistondisplacementofpressurereliefvalveweresimulatedthroughAMESimprogramming．Theresultsweregoodagreedwithexperimentdata-．Thestudyshowedthatthedecreasingoftheoutletpressureandcrawlingwerecausedbyfriction．Thesealstructurewasimprovedwhicheliminatedthepressurefl

5、uctuatingofthevalveatlowtemperature．KeywoHls：Pressurereliefvalve；Dynamicscharacteristic；Leakage；Friction0引言减压阀是运载火箭氦增压系统中的关键单机。在减压阀研制过程中，出现了一40℃低温条件下出口压力剧烈振荡以及启动段压力长时间下降的问题。出口压力的剧烈振荡会影响增压输送系统增压，严重时可导致火箭发射失败。文献[1]对大流量减压阀在增压过程中出现的压力剧烈振荡问题建立了非稳态模型并进行数值计算，研究了减压阀的振

6、荡特性。文献[2]针对高压气动减压阀，建立了考虑泄漏影响的数学模型，分析了泄漏对减压阀压力响应的影响。文献[3]将摩擦力等非线性因素引入减压阀动态特性分析中，建立了气体减压阀动态数学收稿日期：2013一lO一22；修回日期：2014一07—16作者简介：滕浩(1983一)，男，工程师，硕士，主要研究方向为运载火箭增压输送系统阀门设计与仿真。模型，分析了摩擦力的存在对阀芯迟滞效应的影响。这些研究主要针对减压阀起动及稳态工作特性的分析，但对因变流量泄漏及摩擦力的存在对整个增压过程压力振荡的动态分析较少涉及。本文考虑减压

7、阀工作过程中存在摩擦力、泄漏、阻尼、起动冲击、负载突变等影响减压阀动态性能的因素，对减压阀的动态响应特性进行了研究。11减压阀结构原理减压阀结构如图l所示。活门(序号2)与壳体(序号1)间形成环形节流口，节流口开度为矗。高压气体从人口进入高压腔，经节流口后减压至设定的低压压力，低压腔的低压气体通过阻尼孔的滤波作用进入反馈腔。减压阀的活动部件在人口高压气体作用力F。、减压后的低压气体作用力F。、反馈腔低压气体作用力F3、弹簧作用力F。、环境大气作用力第32卷2015年第1期朦浩，等：基于AMESim减压阀动态特性仿真

8、与试验研究F。，以及阀芯动作过程所受摩擦力Ff、阻尼等的共同作用下处于动态平衡。在出现外界干扰(人口压力、流量负载发生变化)时，减压阀在平衡力的作用下^可作相应的调整，使出口压力保持稳定。图l减压阁结构Fig．1Schematicofpr嘲ure他liefValVe2减压阀动态特性仿真数学模型2．1气体厮■梗型在减压阀系统计算时，假定气体为理想气体，气体整个