过载对流量调节器静态特性的影响研究.pdf

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1、第42卷第3期2016年6月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．42．No．3Jun．2016过载对流量调节器静态特性的影响研究许志宇，李小明(西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：建立考虑过载的流量调节器静态数学模型，研究过载影响调节器静态特性的规律，为预估过载对发动机性能的影响提供参考。研究表明：纵向过载单一因素引起的流量偏差、启调压降偏差与过载系数近似呈线性关系，过载不改变流量特性的线性度和负载特性差率。关键词：液氧／煤油发动机；流量调节器；过载；静态特性中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2016)03—006

2、3-051n^^^●'J■1’‘’EttectsotoverloadOnStatlCc11araCterlStlCSofliquid-flowregulatorXUZhiyu，LIXiaoming(Xi’anAerospacePropulsionInstitute，Xi’an710100，China)Abstract：Staticmathematicsmodelstakingoverloadintoaccountforliquid—flowregulatorwereconstructedtostudytheeffectsofoverloadonstaticcharacteristicofth

3、eliquid—flowregulator,andtoprovideareferenceforestimatingtheeffectsofoverloadontheengineperformanceinadvance．Theresearchshows，boththemassflowratedeviationandthelowestoperatingpressure—dropdeviationcausedbylongitudinaloverloadareapproximatelylinearwiththeoverloadcoefficient，andtheoverloaddoesnotaffe

4、ctthelinearityoftheflowcharacteristicsortheerrorrateofloadcharacteristics．Keywords：LOX／kerosenerocketengine；liquid-flowregulator；overload；staticcharacteristic0引言1200kN推力级液氧／煤油发动机是我国新一代运载火箭的动力装置，采用流量调节器实现推力调节和稳定。调节器设置在发生器的燃料流路上，用于精确控制进入发生器的燃料流量，调节和稳定发生器的组元比，控制涡轮燃气参数，实现发动机推力调节和稳定l”。流量调节器的静动特性和稳定性等方面均

5、有较系统的研究【l-5／，但飞行过载条件下调节器的特性尚未系统研究。火箭飞行过程伴随过载，调节器内的流体和滑阀将增加过载惯性力的作用，对流体流动和滑阀运动产生影响。流体流动状态的改变将使滑阀所受的流体作用力等发生变化；滑收稿日期：2015—09—07；修回日期：2015—12—15基金项目：航天支撑技术项目(617010423)作者简介：许志宇(1989一)，男，博士生，研究领域为发动机控制与调节技术火箭推进2016年6月阀运动方向上的惯性力将改变滑阀平衡位置；滑阀在垂直运动方向上受过载作用时，将会产生偏心，摩擦力作用增强。过载对调节阀门性能的影响方面，理论研究文献较少。对于刚体，一般以惯性

6、力的形式考虑过载的作用；对于流体，一般建立过载加速度场中流体的伯努利方程。文献【6]根据加速度场中的伯努利方程分析了喷嘴流动状态与离心加速度的关系，另外定性分析了不同方向的离心力对阀芯平衡位置和摩擦力的影响。文献[7】采用包含离心力的动力学方程和以离心势能的形式考虑流体离心加速度作用的流体能量守恒方程，获得了与试验结果一致的零偏值和离心加速度的关系。我国新一代运载火箭纵向最大过载约5~6．5g，横向约1—2g，1200kN推力级液氧／煤油发动机流量调节器滑阀运动方向与火箭纵向一致，因此纵向过载的影响显著大于横向过载。本文针对纵向过载的情形，以刚体惯性力和流体势能的形式引入过载，建立考虑过载的

7、数学模型，研究过载对流量调节器静态特性的影响，为预估过载对发动机性能的影响提供参考。1流量调节器工作原理流量调节器在结构上由流量调节装置、流量稳定装置和转级装置三部分组成(如图1所示)：流量调节装置由齿轮2、调节齿条3和阀芯4构成，调节齿条和阀芯形成流量调节窗口5，驱动装置通过齿轮的转动控制调节齿条的运动改变流量调节窗口的开度；转级装置由阀芯4、转级活塞6和转级弹簧7等部件构成，转级活塞的运动由转级控制腔的压