发动机测试第四章[精选].ppt

固体火箭发动机测试与试验技术 主讲：刘平安 第四章 高空模拟试车台及试验设备 4.1 概述 高空模拟试验是固体火箭发动机在模拟高空低压环境下进行的点火试验（简称高模试验）。进行高模试验的地面试验设施为高空模拟试车台（简称高模试车台）。 4.1.1 高模试验的主要目的 1）考核发动机高空喷管的结构与性能 在高空工作的固体火箭发动机通常均采用大面积比喷管以获得高的比冲，但大面积比喷管在海平面条件下试验时，将出现喷管内气流分离导致轻质喷管的损伤或破坏和推力测量失真； 2）考核与验证发动机在高空工作的结构性能与可靠性，精确测量弹道性能参数； 3）测量在高空工作条件下，发动机排气流对相邻结构的传热影响，从而确定采取相应的防热措施； 4.1.2 高模试车台的主要技术问题及参数 火箭发动机在进行高空模拟试车时，排出大量高温高速燃气，如何将排出的高温、高速燃气抽吸排入大气、保持试验舱内处于稳定的低压环境是高模试车台要解决的首要技术关键，其次是试验舱及满足试验要求的专用设备的设计。 决定高模试车台规模及排气系统设计的主要技术参数是要求达到的模拟高度压力和排出燃气的质量流率。要求达到的模拟高度越高，燃气排出的质量流率越大，则高模试车台的规模越大。在目前由于技术和投资上的原因以及实际应用的需要，固体火箭发动机高模试车台的模拟高度一般选择在30~33km。 4.1.3 高模试车台的主要技术要求 高模试车台的主要技术要求如下: 1）试验舱内模拟的压力高度，以保证喷管面积比时，喷管能处于满流工作状态； 2）在发动机全程工作期间（从发动机点火至燃烧结束）试验舱内压力稳定，不允许出现大的回流增压； 3）能够在发动机喷管全轴摆动的条件下进行高模试车并进行多分力测量； 4）具备旋转试车条件； 5）能够在试车前、后一段时间内保持试验舱内处于稳定的低压状态； 6）试验舱内具有一定范围的温度调控能力，使发动机在试验舱内即能按预定的环境温度就地进行试车前的保温； 7）在试车过程中，发动机出现故障时，试车台有一定的防护措施； 8）对发动机排出燃气具有一定的净化能力； 9）在更换少量非标设备的条件下即能适应多种型号发动机的试验。 4.1.4 高模试车台的基本类型 全程持续工作的高模试车台根据其排气系统的排出方式可以分为两大类： 一类是“泵-扩压器”型高模试车台，习惯称之为被动引射高模试车台； 另一类是“扩压器十外加抽吸系统”型高模试车台，习惯称之为主动引射高模台。 被动引射高模试车台在早期的发动机高模试车中被广泛采用，但由于其存在的固有缺陷。已经不能满足先进固体火箭发动机高模试车的要求。在国外己被主动引射高模试车台所取代。 4.2 被动引射高模试车台 4.2.1 组成、原理与工作过程 （1）组成 主要由试验舱、排气扩压器、扩压器堵盖、机械真空泵、补气系统、冷却系统等组成。（图4-1） （2）原理 被动引射高模试车台在进行高模试车时，试验舱内低压环境的获得是依靠发动机点火工作时，从喷管中排出的超声速燃气通过扩压器后，流速降低、压力增高而排入大气，在燃气排出的同时与来自试验舱的空气流混合而被一同携带排入大气，使试验舱在发动机的稳态工作期间内，维持一定的低压状态.在扩压器正常运转期间，试验舱压力大小与发动机燃烧室压力及扩压器几何尺寸有关。 （3）工作过程 当发动机与扩压器按要求安装后，将扩压器堵盖连接于扩压器出口端面.打开试验舱与真空泵相连的阀门、开启真空泵对试验舱进行抽空直至达到模拟高空点火所需的压力、拧下扩压器堵盖上的连接螺栓，打开扩压器冷却水供给系统，发动机按程序进行点火.点火后发动机排出的燃气冲开堵盖排入大气，在发动机工作至推进剂燃烧结束时，由于燃烧室压力下降，扩压器已不能正常运转，燃气将在外压作用下部分回流入试验舱。为了减少燃气回流造成的不利影响，在此时将位于试验舱后端的补气阀门打开，外部的空气迅速进入试验舱，使舱压与外部环境压力平衡。图4-2为，一个实际应用的981kN被动引射高模试车台结构示意图。 4.2.2 性能与局限性 （1） 模拟高度 此类高模试车台，在发动机稳态工作期间，即使扩压器几何参数按最优设计，其试验舱模拟的压力高度为18～23km，