【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于液體火箭發動機設計，尤其涉及一種液體火箭發動機多介質吹除切換與故障監測系統。
技術介紹
1、低溫液體火箭發動機在諸如低溫推進劑加注和液氧系統預冷等起動前準備階段，為防止預冷過程中溫度過低導致空氣中水蒸氣結冰，引起發生器/推力室噴注器噴孔結冰堵塞，需采用氮氣或氦氣等惰性氣體對噴注器腔進行吹除，以實現對空氣的置換。
2、在起動階段，對發生器(推力室)噴注器腔進行吹除還具有以下作用：1)防止先期進入發生器(推力室)的氧化劑(富氧燃氣/富燃燃氣)竄入噴注器腔；2)對推進劑的乳化作用可提升起動時刻的噴注壓降，提高霧化效果；3)縮短推進劑進入發生器(推力室)的時差。
3、目前低溫液體火箭發動機起動過程點火時刻的吹除氣大多采用氮氣等單一介質，具有氣源種類多、制備方便、成本低等優勢，但是從發動機的工作可靠性和環境適應性角度來看，氣源種類多意味著發動機吹除狀態多變，具有不易控制的缺點；例如氮氣可由地面試車臺供應，可由自帶氮氣瓶供應，也可由火箭總體供應，不同任務場景下供應方式的不同，將極大影響發動機起動時的點火品質。
4、在控制氣體方面，低溫液體火箭發動機大多配置氦氣瓶實現控制氣的穩定可靠供應。利用控制氣穩定可靠供應的優點，在起動階段將發生器/推力室的氮氣吹除切換為氦氣吹除可實現發動機在不同任務場景下點火品質的一致性。目前在氮氣/氦氣多介質吹除切換方面暫無相關技術，且由于起動前氦氣吹除對點火的重要性，對切換過程進行故障監測至關重要，目前在吹除切換故障監測方面也無相關技術。
1、本專利技術的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種液體火箭發動機多介質吹除切換與故障監測系統，解決目前點火時刻氣源品種多變引起發動機吹除狀態不一的控制難題，實現發動機在不同任務場景下點火品質的一致性。
2、為了解決上述技術問題，本專利技術公開了一種液體火箭發動機多介質吹除切換與故障監測系統，包括：高壓氦氣瓶、第一電磁閥、吹除切換閥、壓力信號監測器、第一單向閥、發生器氮氣吹除節流元件、第二單向閥、發生器氦氣吹除節流元件、第一過濾器、第二過濾器、第二電磁閥、第三單向閥、第四單向閥、第五單向閥、第六單向閥、推力室冷卻環帶吹除節流元件、推力室噴注器吹除節流元件、第三電磁閥、管路a、管路b、管路c、管路d、管路e、管路f、管路g、管路h、管路i、管路j、管路k、管路l、管路m、管路n和管路o；吹除切換閥包括5個端口：氦氣入口f、氮氣入口d、控制氣口h、氦氣出口k和氮氣出口e；
3、管路a的一端接高壓氦氣瓶，另一端作為吹除第二出口g；其中，管路a上設置有第三電磁閥；
4、管路b的一端接高壓氦氣瓶，另一端接管路f；管路f的一端接壓力信號監測器，另一端接吹除切換閥的控制氣口h；其中，管路b上設置有第一電磁閥；
5、管路c的一端接高壓氦氣瓶，另一端接吹除切換閥的氦氣入口f；
6、管路d的一端作為氮氣吹除第一入口i，另一端接管路g；其中，管路d上依次設置有第一過濾器、第二電磁閥和第三單向閥；
7、管路e的一端作為氮氣吹除第二入口j，另一端接管路g的一端；管路g的另一端接吹除切換閥的氮氣入口d；其中，管路e上設置有第二過濾器，管路g上設置有第四單向閥；
8、管路h的一端接吹除切換閥的氦氣出口k，另一端接管路k；管路k的一端接管路l，另一端接管路m；其中，管路k上依次設置有第二單向閥、發生器氦氣吹除節流元件和第六單向閥，第二單向閥和發生器氦氣吹除節流元件位于管路h一側，第六單向閥位于管路h另一側；
9、管路i的一端接吹除切換閥的氮氣出口e，另一端接管路j；管路j的一端接管路l的一端，另一端接管路m的一端；管路l的另一端作為吹除第一出口a；管路m的另一端分別接管路n的一端和管路o的一端；管路n的另一端作為吹除第三出口b；管路o的另一端作為吹除第四出口c；其中，管路j上依次設置有第一單向閥、發生器氮氣吹除節流元件和第五單向閥，第一單向閥和發生器氮氣吹除節流元件位于管路i一側，第五單向閥位于管路i另一側；管路n上設置有推力室噴注器吹除節流元件；管路o上設置有推力室冷卻環帶吹除節流元件。
10、在上述低溫液體火箭發動機多介質吹除切換與故障監測系統中，氮氣吹除第一入口i接高壓氮氣；氮氣吹除第二入口j接低壓氮氣；吹除第一出口a和吹除第二出口g分別接發生器；吹除第三出口b接推力室噴注器；吹除第四出口c接推力室冷卻環帶。
11、在上述低溫液體火箭發動機多介質吹除切換與故障監測系統中，通過第一電磁閥的通斷電控制實現氮氣與氦氣之間的吹除切換：
12、當第一電磁閥為斷電狀態、第二電磁閥為通電或斷電狀態、第三電磁閥為斷電狀態時，吹除切換閥的氮氣入口d與氮氣出口e為連通狀態、氦氣入口f與氦氣出口k為斷開狀態，即吹除切換閥的氮氣通路為打開狀態、氦氣通路為關閉狀態；氮氣經吹除第一入口i或氮氣吹除第二入口j流入，實現對吹除第一出口a下游的發生器、吹除第三出口b下游的推力室噴注器和吹除第四出口c下游的推力室冷卻環帶的氮氣吹除；
13、當第一電磁閥為通電狀態、第二電磁閥為斷電狀態、第三電磁閥為斷電狀態時，高壓氦氣瓶中的高壓氦氣通過吹除切換閥的控制氣口h進入吹除切換閥的控制腔，吹除切換閥的氦氣入口f與氦氣出口k為連通狀態，氮氣入口d與氮氣出口e為斷開狀態，即吹除切換閥的氮氣通路為關閉狀態、氦氣通路為打開狀態；高壓氦氣瓶中的高壓氦氣經吹除切換閥的氦氣入口f流入，實現對吹除第一出口a下游的發生器、吹除第三出口b下游的推力室噴注器和吹除第四出口c下游的推力室冷卻環帶的氦氣吹除。
14、在上述低溫液體火箭發動機多介質吹除切換與故障監測系統中，通過壓力信號監測器的斷開與閉合實現對氮氣與氦氣之間的吹除切換過程的判斷：
15、當第一電磁閥為斷電狀態、第二電磁閥為通電或斷電狀態、第三電磁閥為斷電狀態時，壓力信號監測器的氣腔壓力為常壓，壓力信號監測器為斷開狀態，表明吹除切換閥的氮氣通路為打開狀態、氦氣通路為關閉狀態；
16、當第一電磁閥為通電狀態、第二電磁閥為斷電狀態、第三電磁閥為斷電狀態時，高壓氦氣瓶中的高壓氦氣同時進入壓力信號監測器的氣腔和吹除切換閥的控制腔，推動壓力敏感膜片與正負電極接觸，壓力信號監測器轉為閉合狀態，表明吹除切換閥的氮氣通路為關閉狀態、氦氣通路為打開狀態。
17、在上述低溫液體火箭發動機多介質吹除切換與故障監測系統中，地面狀態時氮氣吹除氣源由地面設備供應，飛行狀態多次起動時氮氣吹除氣源由火箭箭體供應。
18、在上述低溫液體火箭發動機多介質吹除切換與故障監測系統中，高壓氮氣吹除與低壓氮氣吹除的切換通過第二電磁閥的通斷來實現：
19、當第二電磁閥為斷電狀態時，低壓氮氣經氮氣吹除第二入口j、第二過濾器、第四單向閥、吹除切換閥的氮氣通路后分為兩路，其中一路經發生器氮氣吹除節流元件、第一單向閥后對發生器進行小流量氮氣吹除，另一路經第五單向閥、推力室冷卻環帶本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種液體火箭發動機多介質吹除切換與故障監測系統，其特征在于，包括：高壓氦氣瓶(1)、第一電磁閥(2)、吹除切換閥(3)、壓力信號監測器(4)、第一單向閥(5)、發生器氮氣吹除節流元件(6)、第二單向閥(7)、發生器氦氣吹除節流元件(8)、第一過濾器(9)、第二過濾器(10)、第二電磁閥(11)、第三單向閥(12)、第四單向閥(13)、第五單向閥(14)、第六單向閥(15)、推力室冷卻環帶吹除節流元件(16)、推力室噴注器吹除節流元件(17)、第三電磁閥(18)、管路A(19)、管路B(20)、管路C(21)、管路D(22)、管路E(23)、管路F(24)、管路G(25)、管路H(26)、管路I(27)、管路J(28)、管路K(29)、管路L(30)、管路M(31)、管路N(32)和管路O(33)；吹除切換閥(3)包括5個端口：氦氣入口f、氮氣入口d、控制氣口h、氦氣出口k和氮氣出口e；
2.根據權利要求1所述的低溫液體火箭發動機多介質吹除切換與故障監測系統，其特征在于，氮氣吹除第一入口i接高壓氮氣；氮氣吹除第二入口j接低壓氮氣；吹除第一出口a和吹除第二出口g分別接
3.根據權利要求2所述的低溫液體火箭發動機多介質吹除切換與故障監測系統，其特征在于，通過第一電磁閥(2)的通斷電控制實現氮氣與氦氣之間的吹除切換：
4.根據權利要求3所述的低溫液體火箭發動機多介質吹除切換與故障監測系統，其特征在于，通過壓力信號監測器(4)的斷開與閉合實現對氮氣與氦氣之間的吹除切換過程的判斷：
5.根據權利要求3所述的低溫液體火箭發動機多介質吹除切換與故障監測系統，其特征在于，地面狀態時氮氣吹除氣源由地面設備供應，飛行狀態多次起動時氮氣吹除氣源由火箭箭體供應。
6.根據權利要求5所述的低溫液體火箭發動機多介質吹除切換與故障監測系統，其特征在于，高壓氮氣吹除與低壓氮氣吹除的切換通過第二電磁閥(11)的通斷來實現：
7.根據權利要求3所述的低溫液體火箭發動機多介質吹除切換與故障監測系統，其特征在于，第一單向閥(5)、第二單向閥(7)、第三單向閥(12)、第四單向閥(13)、第五單向閥(14)和第六單向閥(15)，用于防止不同吹除氣之間工作的相互干擾。
8.根據權利要求3所述的低溫液體火箭發動機多介質吹除切換與故障監測系統，其特征在于，發生器氮氣吹除節流元件(6)，用于發生器的氮氣吹除流量；發生器氦氣吹除節流元件(8)，用于控制發生器的氦氣吹除流量；推力室冷卻環帶吹除節流元件(16)，用于控制推力室冷卻環帶的氮氣或氦氣吹除流量；推力室噴注器吹除節流元件(17)，用于控制推力室噴注器的氮氣或氦氣吹除流量。
9.根據權利要求3所述的低溫液體火箭發動機多介質吹除切換與故障監測系統，其特征在于，第一過濾器(9)，用于對經氮氣吹除第一入口i流入的高壓氮氣進行過濾，防止高壓氮氣中的雜質進入下游的第二電磁閥(11)；第二過濾器(10)，用于對經氮氣吹除第二入口j流入的低壓氮氣進行過濾，防止低壓氮氣中的雜質進入下游的管路E(23)。
10.根據權利要求3所述的低溫液體火箭發動機多介質吹除切換與故障監測系統，其特征在于，系統的工作過程如下：
...【技術特征摘要】
1.一種液體火箭發動機多介質吹除切換與故障監測系統，其特征在于，包括：高壓氦氣瓶(1)、第一電磁閥(2)、吹除切換閥(3)、壓力信號監測器(4)、第一單向閥(5)、發生器氮氣吹除節流元件(6)、第二單向閥(7)、發生器氦氣吹除節流元件(8)、第一過濾器(9)、第二過濾器(10)、第二電磁閥(11)、第三單向閥(12)、第四單向閥(13)、第五單向閥(14)、第六單向閥(15)、推力室冷卻環帶吹除節流元件(16)、推力室噴注器吹除節流元件(17)、第三電磁閥(18)、管路a(19)、管路b(20)、管路c(21)、管路d(22)、管路e(23)、管路f(24)、管路g(25)、管路h(26)、管路i(27)、管路j(28)、管路k(29)、管路l(30)、管路m(31)、管路n(32)和管路o(33)；吹除切換閥(3)包括5個端口：氦氣入口f、氮氣入口d、控制氣口h、氦氣出口k和氮氣出口e；
2.根據權利要求1所述的低溫液體火箭發動機多介質吹除切換與故障監測系統，其特征在于，氮氣吹除第一入口i接高壓氮氣；氮氣吹除第二入口j接低壓氮氣；吹除第一出口a和吹除第二出口g分別接發生器；吹除第三出口b接推力室噴注器；吹除第四出口c接推力室冷卻環帶。
3.根據權利要求2所述的低溫液體火箭發動機多介質吹除切換與故障監測系統，其特征在于，通過第一電磁閥(2)的通斷電控制實現氮氣與氦氣之間的吹除切換：
4.根據權利要求3所述的低溫液體火箭發動機多介質吹除切換與故障監測系統，其特征在于，通過壓力信號監測器(4)的斷開與閉合實現對氮氣與氦氣之間的吹除切換過程的判斷：
【專利技術屬性】
技術研發人員：任孝文，張曉光，蒲星星，龔南妮，張晟，張京，崔星，
申請(專利權)人：西安航天動力研究所，
類型：發明
國別省市：
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