摘(zhāi)要：論(lùn)述了液體(tǐ)火箭發動(dòng)機(jī)用(yòng)過氧化氫(qīng)作爲推進(jìn)劑(jì)進行試(shì)驗的(de)過程中流(liú)量測量可采用(yòng)的方式。提出了(le)壓差式(shì)孔闆流(liú)量計 測(cè)量(liàng)和角接式(shì)取壓(yā)結構(gòu)在過氧化氫/煤(méi)油發(fā)動機試驗(yàn)中的應用技術。針對過氧(yǎng)化氫(qīng)/煤油發(fā)動機試(shì)驗中流量測量(liàng)提出了(le)研(yán)究需(xū)要解(jiě)決的關鍵(jiàn)技術。
1引言(yán)
　　在過氧化(huà)氫(qīng)/煤(méi)油發(fā)動機試驗中，因(yīn)爲過(guò)氧(yǎng)化氫的(de)特殊性質(zhì)，決定(dìng)了試(shì)驗系(xì)統在(zài)組建時對(duì)管道(dào)、閥門(mén)等(děng)組件材(cái)料有特殊要求。又因(yīn)發動機爲(wèi)擠壓(yā)式(shì)工作，因(yīn)此，在流量計選(xuǎn)材時(shí)必(bì)須從過(guò)氧化氫的相(xiàng)容(róng)性和(hé)強度(dù)兩方(fāng)面同(tóng)時考慮。
因(yīn)爲1cr18ni9ti與過氧化氫(qīng)爲二(èr)級相容，同(tóng)時，它(tā)在材料(liào)方面具有很(hěn)好的(de)綜合力(lì)學(xué)性能(néng)，可用于高壓擠壓式(shì)試驗系統(tǒng)中。因此(cǐ)在流(liú)量(liàng)計選材時(shí)可采用1cr18ni9ti材(cái)料。
　　在(zài)用于(yú)過氧化氫系統時，常規的流量(liàng)計有 渦輪(lún)流量計 、 靶式(shì)流(liú)量計(jì) 、質量流量計等。但其(qí)測量方式(shì)、密(mì)封(fēng)形式及材(cái)質方面都(dōu)因爲(wèi)與過氧化氫出現不同(tóng)程度的(de)不相容現象而(ér)無法(fǎ)正常使用(yòng)。因此，在過氧化氫/煤油發(fā)動機(jī)試驗的(de)研(yán)制過(guò)程中(zhōng)，必(bì)須盡快地解決流量的(de)測量問題，同時，應該盡可能提(tí)高流量計(jì)的安(ān)全性和可靠性(xìng)研究工作(zuò)。
孔闆(pǎn)流量計 的(de)結(jié)構(gòu)簡單(dān)，材質(zhì)方面(miàn)可完全(quán)采用與過氧化氫相容(róng)的材(cái)料，密封的(de)實現(xiàn)也(yě)較(jiào)爲容(róng)易，同(tóng)時設計壓(yā)力在選(xuǎn)擇時無(wú)局限(xiàn)性。孔闆流(liú)量計在實際使(shǐ)用當中，通過對(duì)孔闆(pǎn)前、後壓力(lì)的測量(liàng)來轉化(huà)成流量(liàng)的測量(liàng)。因此壓力(lì)的獲(huò)得應力求準确(què)，在設計上(shàng)采用(yòng)了角接(jiē)式取壓(yā)結構。
　　壓差(chà)式孔闆(pǎn)流量計适用(yòng)于圓管(guǎn)流的流量測量。在(zài)管内(nèi)設置孔闆(pǎn)，當有(yǒu)流體(tǐ)流過時，在(zài)其(qí)上、下遊(yóu)側之間就會産生靜(jìng)壓差。在有(yǒu)關參數已知的(de)條件(jiàn)下，該(gāi)靜壓力與(yǔ)流體流(liú)量之間(jiān)有确定的數值(zhí)關系(xì)（詳見孔闆(pǎn)計算）。
2孔(kǒng)闆流量(liàng)計的設(shè)計結構(gòu)
2.1孔闆的技術要求
　　孔闆的結構(gòu)如圖1所示(shì)。孔闆的上(shàng)遊(yóu)端面應(yīng)是平整的，其表(biǎo)面任(rèn)何兩點的(de)連線(xiàn)對(duì)垂(chuí)直(zhí)于(yú)中心(xīn)線平面的(de)斜率應小(xiǎo)于1％。此時，可(kě)忽略孔闆表面上不可避免的、肉眼看不(bú)見的局部(bù)缺陷(xiàn)。在與(yǔ)孔(kǒng)闆同心(xīn)的直徑不小于(yú)1.5d的圓(yuán)的範圍内(nèi)，應保(bǎo)證孔闆(pǎn)上遊端(duān)面的粗糙(cāo)度準則(zé)dra410?≤。下遊端(duān)面應(yīng)是平整的，而且(qiě)平行于上(shàng)遊面(miàn)。

孔闆厚度(dù)e、銳孔厚度(dù)e及斜(xié)角f的(de)确(què)定如下(xià)：
(1)銳孔(kǒng)厚度(dù)e應在(zài)0.005d和0.02d之間(jiān)，在銳孔(kǒng)上任何點(diǎn)所測(cè)得的e值(zhí)之間的(de)差不得(dé)大(dà)于0.001d。
(2)孔闆厚(hòu)度e應在e和(hé)0.05d之(zhī)間，在孔闆上(shàng)任何(hé)點所測得(dé)的e值之間(jiān)的差(chà)不得(dé)大于0.001d。
(3)如果(guǒ)孔闆厚度(dù)e超過(guò)了銳孔厚度e，則(zé)孔闆下遊(yóu)應做(zuò)成傾斜面，斜面(miàn)應加工得光滑。斜面角應在30°～45°之(zhī)間。
(4)邊緣g、h、i應(yīng)是尖(jiān)銳的既無劃痕也無毛刺。
　　銳孔應是圓筒形的(de)，并垂直于上遊端面。孔徑d值應(yīng)至少取四(sì)個不同測(cè)量方向直(zhí)徑的平均值。這(zhè)四個直徑(jìng)應按(àn)彼此(cǐ)大緻(zhì)相等(děng)的角(jiǎo)距離分布(bù)在幾個軸(zhóu)向平面内(nèi)。任何(hé)孔徑的單(dān)測值(zhí)與平(píng)均直徑(jìng)之差不(bú)應大于0.05％。
2.2孔闆(pǎn)流(liú)量計的安(ān)裝
　　在(zài)實際的(de)設計當(dāng)中，孔(kǒng)闆(pǎn)應設計(jì)爲(wèi)可拆(chāi)卸(xiè)式結構，一(yī)種孔闆不(bú)可能适應(yīng)任何(hé)工況。即在(zài)所有(yǒu)的工作(zuò)區(qū)間，孔闆的流出(chū)系數(shù)并非恒定不變(biàn)。在孔(kǒng)闆的(de)設計(jì)區内工作時，流量的(de)測(cè)量值可(kě)信度(dù)較(jiào)高，在非(fēi)設計區(qū)内工作(zuò)時，流量的(de)測量值可能會出現(xiàn)失真現象。按照(zhào)試驗時貯箱的(de)工作壓力對法(fǎ)蘭進行結構設(shè)計。連接形式見圖2。
　　 在(zài)使用中，孔闆結(jié)構可設計(jì)爲放大狀态下(xià)的密封墊。兩頭(tóu)采用活套法蘭(lán)結構，與管(guǎn)路連(lián)接，中間(jiān)爲起密(mì)封作用的孔闆。在孔闆的前、後(hòu)分别設(shè)置取壓孔，以(yǐ)此獲得壓(yā)力參數。用靠肩圈和孔闆在對(duì)接時(shí)形成的内腔來實現(xiàn)取壓環的結構(gòu)。
這種(zhǒng)結構(gòu)在完成有(yǒu)效密(mì)封的(de)前提(tí)下，使(shǐ)角(jiǎo)接式取(qǔ)壓結構(gòu)在連接(jiē)的過(guò)程中(zhōng)得到(dào)了實(shí)現。從(cóng)而提(tí)高了(le)孔闆流量(liàng)計安裝(zhuāng)和使用(yòng)的高可(kě)靠度要求。

2.3角接取壓形式
　　孔闆流(liú)量計(jì)在實際的(de)使用(yòng)過程中，不(bú)但應(yīng)實現管路(lù)的連(lián)接和(hé)密封，同時應滿足角接式(shì)取壓結構的設(shè)計要求(qiú)。
　　取(qǔ)壓的方式(shì)較多，将孔(kǒng)闆用(yòng)于流(liú)量測(cè)量(liàng)時(shí)，爲降低流(liú)量的測量誤差，采取了角(jiǎo)接取(qǔ)壓結構。角(jiǎo)接取壓的(de)結構形式(shì)見(jiàn)圖3所示。

　　取壓(yā)口的(de)中心(xīn)線與(yǔ)孔闆的(de)相應端(duān)面之間的(de)間距(jù)等于取壓口直徑的一半或等(děng)于取(qǔ)壓口本身(shēn)寬度之半，這樣(yàng)，穿透管(guǎn)壁(bì)的取壓口(kǒu)與(yǔ)孔闆兩(liǎng)端面正好取平。圖3參(cān)數的取值如下：a爲環(huán)隙寬度，對任意β值在(zài)測量清潔流體(tǐ)的流量時，1mm≤a≤10mm；c和c′爲(wèi)上遊和下遊的(de)環的長度(dù)，不應(yīng)大于0.5d；f爲(wèi)厚(hòu)度，應大于(yú)或等于環(huán)隙(xì)寬度a的兩倍(bèi)；g×h爲環室的橫截(jié)面積，應大(dà)于或(huò)等于(yú)連接環室(shì)與管(guǎn)子内部的(de)開口總面積的(de)一半；j爲直(zhí)徑，連(lián)接環室和二次(cì)裝置(zhì)的取(qǔ)壓口是管(guǎn)壁(bì)取壓，穿(chuān)透處呈(chéng)圓形，j應在4～10mm之(zhī)間.
3壓差式(shì)孔闆流量計的設計(jì)計(jì)算
流量的計(jì)算公(gōng)式如(rú)下：

　　w爲管道橫截(jié)面積(jī)上流體運(yùn)動的(de)平均速度(dù)，m/s；d爲孔闆孔徑；d爲管道(dào)直(zhí)徑；υ爲流體的(de)運動粘性(xìng)系數；l1=l1/d是(shì)上遊(yóu)取壓口到孔闆上(shàng)遊端面(miàn)的距離(lí)除以(yǐ)管徑(jìng)的商；l2′=l2′/d是下遊取壓口(kǒu)到孔闆下遊端面的距離(lí)除以(yǐ)管徑的商（角接取壓(yā)時l1和l2′取0）；β=d/d，爲(wèi)直徑比(bǐ)；ρ=1390kg/m3，爲(wèi)過氧(yǎng)化氫的密(mì)度；e爲(wèi)漸近速度系數(shù)；ε爲膨脹系數；?p爲(wèi)孔闆(pǎn)上、下(xià)遊側之間的壓差；p1是(shì)上遊側(cè)壓力；k爲等熵系數。
　　在已(yǐ)知各項(xiàng)設計參數如(rú)質(zhì)量流量(liàng)qm、壓差(chà)?p、上(shàng)遊側壓力p1及推進劑各(gè)種性能參數的(de)情況下(xià)，代入流(liú)量計算公(gōng)式，反(fǎn)求β或d，既可确定(dìng)孔闆的尺寸。
在使用工質爲過(guò)氧化氫(qīng)時，流量(liàng)計算(suàn)的公式可(kě)簡化爲：

表1是在(zài)預設(shè)的三種(zhǒng)設(shè)計狀态(tài)下(xià)（其餘(yú)參數(shù)已(yǐ)知）計算(suàn)程序得到的孔(kǒng)闆結構尺寸。

4壓(yā)差式孔闆流量計的(de)設(shè)計驗證(zhèng)
　　試驗準(zhǔn)備階段(duàn)，按上述工(gōng)況2和(hé)工況(kuàng)3分别(bié)計算(suàn)的結(jié)果制(zhì)作孔(kǒng)闆各一個(gè)，參照(zhào)要求的(de)流量，在(zài)冷調時(shí)，流量接(jiē)近(jìn)工況3狀态。因(yīn)此，在試驗(yàn)系(xì)統(tǒng)上安(ān)裝這(zhè)種設(shè)計狀(zhuàng)态的孔闆，冷調(diào)時系(xì)統上串接一渦(wō)輪流(liú)量計，用它來校(xiào)準孔闆流量計。通過(guò)多(duō)種流量(liàng)的調(diào)整發(fā)現，在(zài)小流量和大流(liú)量兩種狀(zhuàng)态(tài)下工作時，孔(kǒng)闆的(de)流出系數差異較大。在額定流(liú)量(liàng)下進行(háng)三次調試(shì)（額定流量(liàng)接近設計(jì)流量(liàng)），流出系(xì)數(shù)爲恒(héng)定值(zhí)。這樣(yàng)，也進(jìn)一步驗證(zhèng)了孔(kǒng)闆流(liú)量(liàng)計設計(jì)的有效(xiào)性和準(zhǔn)确性。同時，該孔(kǒng)闆流(liú)量計參加(jiā)了(le)兩次過氧化(huà)氫/煤油試驗，對該種流量(liàng)計結構設(shè)計的可行(háng)性也(yě)得到(dào)了驗(yàn)證。

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