某发动机高压挤压试验介质供应系统技术研究

某发动机高压挤压试验介质供应系统技术研究

王超月 姚巍

北京航天试验技术研究所 北京 100074

摘要：在进行某发动机高压挤压试验时，需要同时供应液氧、气甲烷、液甲烷、气氢、气氧、冷却水6种高压介质，本文根据每种介质的不同特点设计试验介质供应系统，通过与试验数据对比，供应系统满足试验要求。

关键词：液氧/甲烷发动机 高压挤压试验、介质供应系统

1、引言

某发动机研制过程中，需要进行高压挤压试验，发动机主要由头部、身部、喷管组成，其头部采用液氧、气态甲烷为推进剂的喷注器，采用气氢气氧火炬点火器点火，身部采用水进行冷却，喷管采用液态甲烷进行冷却。因此试验台需同时供应液氧、气甲烷、气氢、气氧、液甲烷、水6种高压介质，同时供应系统还需在一次试车中通过阀门控制完成44%、27%工况调节。

2、系统组成

试验系统主要包括液氧系统、气甲烷系统、冷却甲烷系统、冷却水系统、火炬点火器系统。2.1液氧系统

液氧系统主要包括：液氧贮箱、贮箱加注系统、增压系统、放气系统以及液氧输送系统。液氧采用氮气增压，液氧经加注口加入氧箱，再经氮气挤压经阀门、流量计、过滤器、汽蚀管等组件进入发动机。试验过程中通过控制液氧副阀的开闭实现试验工况调节。

增压系统：

氧箱增压采用氮气增压、增压方式为双路“电磁阀+节流孔板”并联方式，2路分别控制40%及80%增压流量；

2.2 气甲烷系统

气甲烷系统主要包括：气甲烷气源、气甲烷贮箱、贮箱增压系统、放气系统以及气甲烷输送系统。气甲烷气源采用40个80L甲烷气瓶。气甲烷经过甲烷容器进行稳压后流经阀门、过滤器、音速孔板等进入试验件，试验过程中通过调节副阀开关实现工况调节。

2.3冷却水系统

冷却水系统主要包括：冷却水贮箱、贮箱加注系统、贮箱增压系统、放气系统及冷却水输送系统。水箱采用氮气增压，冷却水经加注口加入水箱，再经氮气挤压经阀门、流量计、过滤器等组件进入发动机。由于冷却水流量较大，为减小水击对试验产品的破坏，水路系统设置2个阀门，分别置于试验件入口及出口，启动段提前打开入口阀门，通过控制出口阀门开关控制冷却水路通断，关机段通过控制入口阀门开关控制冷却水路通断。

2.4冷却甲烷系统

冷却甲烷系统主要包括：甲烷贮箱、贮箱加注系统、增压系统、放气系统以及输送系统。甲烷采用氢气增压，甲烷经加注口加入甲烷箱，再经氢气挤压经阀门、流量计、过滤器、汽蚀管等组件进入发动机。试验过程中通过控制甲烷副阀的开闭实现试验工况调节。

2.5 火炬点火器系统

2.5.1点火氢系统

点火氢系统由点火氢气源、减压器、过滤器、电磁阀及输送管路组成。点火氢系统技术参数如下：

减压器：XJ/Y35AD

过滤器：DN10、过滤精度5μm

电磁阀：DN10、PN230防爆电磁阀

输送管路：DN10、PN230

2.5.2点火氧系统

根据要求，点火氧系统入口压力8.5MPa，流量16g/s，工作时间5s。点火氧系统采用气瓶直供。点火氧系统由气源系统及输送系统组成，其中气源系统包括氧气瓶（2瓶）、压力表以及连接软管；点火氧输送系统主要包括过滤器以及点火氧主阀。

点火氧系统技术参数如下：

（a）气源系统：

氧气瓶：PN15MPa、40L（2瓶）；

压力表：布莱迪，0.4级精密压力表（0－16）MPa。

（b）点火氧输送系统

点火氧过滤器：PN230、DN10、过滤精度10μm；

点火氧主阀：PN230、DN10；

点火氧连接管路：Φ14×2不锈钢管。

3试验结果

试验结果如下图所示，图1为各贮箱箱压，从曲线可以看出，试验过程中箱压稳定，增压系统满足试验要求，图2为试验件入口压力，从曲线可以看出，入口压力满足试验要求，冷却水路没有产生明显水击，说明输送管路设置合理，可以满足试验要求。图3为火炬路点火氢点火氧入口压力，从曲线可看出，入口压力满足试验要求，点火氧入口压力稳定，2个氧气瓶直供可以满足试验需求。

图1试验各贮箱压力

图2试验各入口压力

图3火炬路入口压力

4、结论

根据任务需求搭建的多种高压介质供应系统已完成了正式试验考核，试验系统能很好满足试验需求，试验系统配置合理，安全可靠。对于大流量高压介质供应需求，通过在试验件入口及出口件各配置1个阀门，启动段控制下游阀门，关机段控制上游阀门，通过该方式可以有效减小对试验件冲击；“孔板+电磁阀”方式可以较好实现箱压稳定，多次不同工况试验已经充分证明了系统的可靠性。

参考文献：

1 郭霄峰，液体火箭发动机试验 北京：宇航出版社，1990

2. 王占林，低温贮箱增压问题探讨　北京：低温工程，2005

3. 瞿骞，高压、小气枕低温贮箱智能增压技术 北京：低温工程，2005

4. 程磊，试车台氧化剂系统增压能力影响因素分析 西安：火箭推进，2013