[发明专利]一种多参数可调的低温注气式蓄压器试验装置

说明书

本发明公开了一种多参数可调的低温注气式蓄压器试验装置，包括：输送管、蓄压器、供气组件、蓄压器充气和排气组件、输送管增压和泄压组件、液氮换热器、恒温水浴、气体组分测量密闭容器、真空泵、测量控制系统。本发明能够适用于大容积低温注气式蓄压器性能参数影响研究，可实现但不限于输送管压强变化率在0～30kPa/s范围内调节，有效考核变背压条件下注气式蓄压器在不同充气流量、充气温度、排气孔径、环境背压等参数下的工作性能，同时获得注气式蓄压器内低温液体损失流量、损失总量以及工作过程中注气式蓄压器内部的液面波动情况。

技术领域

本发明涉及试验测试系统领域，具体涉及一种多参数可调的低温注气式蓄压器试验装置。

背景技术

POGO振动是大型液体运载火箭飞行过程中遇到的一个不容忽视的低频振动问题，是由结构纵向振动与推进剂管路系统相互作用而产生的不稳定的闭环自激振动。POGO振动使得火箭的振动环境恶化，对于结构系统，可能造成箭上敏感元件及仪器设备受损或结构超限；对于推进系统，所伴随的推进系统压力和流量脉动可以产生各种有害效应，降低推进系统的性能，甚至造成事故的发生；对于载人航天，还会使航天员遭受到超出人体承受能力的振动。因此，能否抑制POGO振动已成为当代航天运载器的重要设计条件之一，也是人类能否进入宇航飞行的前提之一。

我国现役运载火箭POGO抑制装置一般采用的是膜盒式蓄压器，然而随着运载火箭规模越来越大，传统的膜盒式蓄压器局限性越来越明显，包括所占结构空间大，膜盒生产加工困难，焊缝数量多且难以检测，制造周期长、成本高等。国外大型运载火箭POGO抑制装置大多采用注气式蓄压器，可以按照预定的规律对其气腔进行充放气来实时调整蓄压器的柔度。与传统的膜盒式蓄压器相比，其可以更好地适应低温环境，容积更大，且工作寿命长，工艺性和维护性更好。然而，由于自由液面的存在以及涉及充放气的动作，注气式蓄压器的设计和操作相对来说更为复杂。

国内目前针对注气式蓄压器的研究尚处于起步阶段，还未有现役型号成功使用的成熟经验。因此，亟需针对注气式蓄压器开展深入研究，获得各参数对其性能的影响规律，为其设计准则的制定提供一定的理论依据和数据支撑。由于我国大型运载火箭一般使用液氧煤油作为推进剂，根据总体POGO抑制研究结果，注气式蓄压器一般需要安装于液氧输送管路中。考虑到液氧的安全性以及液氮物理性质与之较为相似，因此地面试验一般可采用液氮工质作为替代来研究注气式蓄压器的相关性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多参数可调的低温注气式蓄压器试验装置，能够适用于大容积低温注气式蓄压器性能参数影响研究，可变参数包括但不限于蓄压器充气流量、充气温度、排气孔径、输送管压强及其变化速率、环境背压等，可测量参数包括但不限于蓄压器液位、低温液体损耗量以及各个部位的温度、压强等，可用于模拟获得各种工况条件、不同工作参数下注气式蓄压器的工作特性。

为了达到上述的目的，本发明提供一种多参数可调的低温注气式蓄压器试验装置，包括：输送管、蓄压器、供气组件、蓄压器充气和排气组件、输送管增压和泄压组件、液氮换热器、恒温水浴、气体组分测量密闭容器、真空泵、测量控制系统；

所述输送管内液体通过阻尼孔进入蓄压器，并在蓄压器内形成自由液面和气腔；

所述供气组件为蓄压器气腔充气和输送管气腔增压提供高压气源；

所述蓄压器充气组件控制进入蓄压器气腔的气体的流量和温度；

所述蓄压器排气组件控制排出蓄压器的气液两相流的流量并实时采集其流量大小；

所述输送管增压组件控制进入输送管气枕的气体流量大小进而实现输送管内压强升高速率的调节；

所述输送管泄压组件控制排出输送管气枕的气体流量大小进而实现输送管内压强降低速率的调节；

所述液氮换热器能为蓄压器充气管路中的常温氦气提供冷量并将其温度降至液氮温区，用于模拟实际火箭存放于液氧贮箱中冷氦气瓶的供气温度；