液体火箭发动机试验流量测量技术解析

梁永鹏 吉展阳

西安航天动力试验技术研究所 陕西 西安 710100

在液体火箭发动机试验过程中，需要黑了测量发动机流量参数，因为液体火箭发动机具有不同的使用用途，流量测量传感器需要在恶劣环境中工作，为了获取准确的流量参数，需要根据各种因素合理设计测量系统，合理选择传感器。

1 概述液体火箭发动机试验流量测量系统设计

为了准确、全面的测量参数，需要设计可靠的发动机试验测量系统。合理设计流量参数测量系统的输入条件，输入条件包括发动机工作模式和流量范围自己传感器环境条件等方面。在设计过程中，设计人员需要明确测量不确定度的误差分配，根据现场条件合理选择传感器。确定传感器校准方式，例如可以利用现场原位校准方式。合理选择传感器冗余测量的手段，根据传感器类型特征，合理设计信号调理器和数据采集装置等。根据数据分析工作的要求，明确数据提供方式[1]。

2 传感器的选择和安装

在液体火箭发动机试验中需要利用涡轮流量计和质量流量计，选择涡轮流量计是因为这一设备响应速度比较快，同时具有较小的流阻，可以适应各种环境。但是涡轮流量计无法精确度有待提升。质量流量计具有较高的精确度和可靠性，可以适应各种介质，但是这种设备具有较大流阻，很容易受到振动的干扰。因为液体火箭发动机试验现场环境比较恶劣，此外推进剂特性和温度具有较大的影响，很容易产生系统误差。如果选择低温介质，将会增加系统误差。在液体火箭发动机试验现场中利用质量流量计，如果靠近发动机安装，那么将会受到管路振动和介质脉动等方面的影响，影响到测量数据的准确性。

可以保障测量精确度，需要准确的安装流量计。在安装涡轮流量计的过程中，需要在上下游安装直管段，控制安装坡度在2°以内。安装质量流量计的过程中，选择的安装位置要尽量远离发动机，设置支架之后，固定于连接法兰上。在试验过程中，需要将波纹管和金属软管安装在连接管路上，避免因为发动机振动影响到质量流量计。朝下垂直的安装弯管，在流量计部位安装高点排气装置，在气体测量过程中，在气体流场稳定的管路上安装缓冲器，保障气体稳流效果[2]。

完成流量计安装工作之后，需要控制安装应力，首次使用流量计，需要采取预冷处理。利用涡轮流量计的过程中，需要在主管路流量计附近管路中安装传感器。严格控制介质温度测量误差在0.4°以内。

3 现场校准技术

在液体火箭发动机试验过程中，数据测量可能会存在一定的偏差，因此需要利用测量参数校准技术，使测量数据的精确性得到提高。针对液体火箭发动机试验流量测量校准装置，需要分别设计常温推进剂和低温推进剂，在常温推进剂流量现场校准装置运行过程中，需要串联质量流量计和涡轮流量计，落实现场原位校准。

质量流量计的校准方法和计量方法具有相似性，利用质量流量计可以同时获取质量流量和密度，分析体积流量和涡轮流量计输出频率的关系，技术人员可以根据最小二乘法明确介质的斜率和截距。改变贮箱压力，可以获取不同的浇筑点流量值。经过现场原位校准处理之后，可以提高数据测量的确定度。

在低温介质发动机试验过程中不能利用低温质量流量计，因为低温质量流量计缺乏稳定性，流量测量具有重复性。因为小型低温介质发动机试验具有较小的介质容器，可以利用称重法开展现场校准工作。因为大中型发动机试验系统具有较大的介质容器，无法利用称重法落实原位校准工作。因此技术人员需要测量介质容器的体积和密度，因此落实现场原位校准工作[3]。

4 数据分析和提供

4.1 数据分析

在数据分析过程中可以利用数据处理取舍方法，在平稳段数据，技术人员可以利用格鲁布斯舍点公式，将异常点剔除，处理非正常流量数据。计算介质密度的过程中，通过全程实时测量，计算温度平均值。计算低温介质液氢和液氧等密度，需要利用测温、测压等方式。在液体火箭发动机试验过程中，如果发现异常的流量数据，需要检查测量系统和传感器连接环节，同时可以检测测量信号，检查介质供应系统中是否存在多余物。在同一位置安装串联流量计，如果发现差值较大，并且不符合以前的规律，需要分析流量计校准系统的稳定性，明确问题发生的原因，提出针对性的解决措施。

4.2 数据提供方法

保障液体火箭发动机试验数据的真实性和客观性，才可以真实地反映出发动机性质和质量。技术人员可以将涡轮流量计和质量流量计串联安装在常温介质管路上，避免振动因素影响到质量流量计，保障质量流量计数据的针对性。利用涡轮流量计，需要落实原位校准工作。

在常温推进剂发送机试验过程中，需要利用两台涡轮流量计，利用质量流量计原位校准涡轮剂量计，通过多次试验，稳定流量计差值，利用涡轮流量计获取数据，根据各个时间点，获取两个流量计的平均值。针对凝胶推进集合气体流量，技术人员可以利用质量流量计完成测量工作，在实际测量阶段，需要利用质量流量计落实原位校准工作，利用测温和测压的方式获得密度。

5 结束语

液体火箭发动机试验过程中，流量测量环境比较恶劣，为了获取准确的数据，技术人员需要选择优质的传感器和测量设备，选用针对性的测量工艺，将液体火箭发动机质量反映出来，科学地评判发动机性能。