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      固沖發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)冷流和熱流地面試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號(hào):9842409閱讀:299來(lái)源:國(guó)知局
      固沖發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)冷流和熱流地面試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及固沖發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)冷流和熱流地面試驗(yàn)系統(tǒng),屬于固沖發(fā)動(dòng)機(jī)的模擬試驗(yàn)領(lǐng)域。
      【背景技術(shù)】
      [0002]目前,世界上的火箭,尤其是中遠(yuǎn)距空空導(dǎo)彈上采用了固沖發(fā)動(dòng)機(jī)作為導(dǎo)彈的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備,流量調(diào)節(jié)技術(shù)是先進(jìn)固沖發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)志之一,該技術(shù)保證了導(dǎo)彈在飛行邊界、高機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)情況下也擁有較好的發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能。如圖1所示,為固沖發(fā)動(dòng)機(jī)模型,包括燃?xì)獍l(fā)生器和助推補(bǔ)燃室,燃?xì)獍l(fā)生器的輸出端通過(guò)流量調(diào)節(jié)裝置與助推補(bǔ)燃室的輸入端連通。流量調(diào)節(jié)裝置包括流量調(diào)節(jié)閥以及連動(dòng)機(jī)構(gòu)。用于調(diào)節(jié)該調(diào)節(jié)閥的裝置可以是調(diào)節(jié)電機(jī),也可以是其他的調(diào)節(jié)裝置,比如氣壓調(diào)節(jié)裝置或者液壓調(diào)節(jié)裝置。當(dāng)使用調(diào)節(jié)電機(jī)對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí),調(diào)節(jié)電機(jī)機(jī)械傳動(dòng)連接該調(diào)節(jié)閥,通過(guò)控制該調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥,以改變?nèi)細(xì)獍l(fā)生器的喉部面積。
      [0003]固沖發(fā)動(dòng)機(jī)具有成本高、不可重復(fù)等特點(diǎn),而且每一枚導(dǎo)彈均投入大量的人力和物力資本,這就需要對(duì)導(dǎo)彈中的固沖發(fā)動(dòng)機(jī)流量調(diào)節(jié)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行性能試驗(yàn),但是目前現(xiàn)有技術(shù)中并沒(méi)有一種有效的固沖發(fā)動(dòng)機(jī)流量調(diào)節(jié)技術(shù)的性能試驗(yàn)系統(tǒng)。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0004]本發(fā)明的目的是提供固沖發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)冷流和熱流地面試驗(yàn)系統(tǒng),用于對(duì)固沖發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行流量調(diào)節(jié)的模擬試驗(yàn)和性能監(jiān)測(cè)。
      [0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的方案包括一種固沖發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)冷流地面試驗(yàn)系統(tǒng),包括測(cè)試臺(tái)架、流量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)和冷態(tài)模擬試驗(yàn)系統(tǒng);所述測(cè)試臺(tái)架用于固設(shè)固沖發(fā)動(dòng)機(jī)模型,所述流量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)用于采集燃?xì)獍l(fā)生器的壓強(qiáng)和流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度信息來(lái)對(duì)流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行流量調(diào)節(jié)控制;所述冷態(tài)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)包括氣源部分和氣路部分,所述氣源部分通過(guò)氣路部分與燃?xì)獍l(fā)生器連通以實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)獍l(fā)生器進(jìn)行冷態(tài)供氣以模擬燃?xì)獍l(fā)生器的給定壓強(qiáng)。
      [0006]所述流量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)包括工控機(jī),所述工控機(jī)采用流量調(diào)節(jié)控制,所述流量調(diào)節(jié)控制為雙閉環(huán)控制,該雙閉環(huán)控制包括一個(gè)壓強(qiáng)外環(huán)和一個(gè)開(kāi)度內(nèi)環(huán),所述壓強(qiáng)外環(huán)中的燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)部的壓強(qiáng)與燃?xì)獍l(fā)生器的給定壓強(qiáng)之間的差值經(jīng)第一 PID控制器后為所述開(kāi)度內(nèi)環(huán)的給定量,所述采集到的流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度信息為開(kāi)度內(nèi)環(huán)的反饋量,所述開(kāi)度內(nèi)環(huán)的給定量與開(kāi)度內(nèi)環(huán)的反饋量做差后輸入給第二 PID控制器,第二 PID控制器輸出的控制信號(hào)用于調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。
      [0007]所述冷態(tài)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)還包括測(cè)控部分,所述氣路部分包括一條氣路通道,所述氣路通道上串設(shè)有流量計(jì)、冷態(tài)調(diào)節(jié)閥和主控電磁閥,所述測(cè)控部分采樣連接所述流量計(jì),控制連接所述冷態(tài)調(diào)節(jié)閥和主控電磁閥。
      [0008]所述主控電磁閥與一條電磁閥并聯(lián)支路并聯(lián),所述電磁閥并聯(lián)支路由至少一條電磁閥支路并聯(lián)構(gòu)成,每一條電磁閥支路上均串設(shè)有一個(gè)電磁閥。
      [0009]—種固沖發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)熱流地面試驗(yàn)系統(tǒng),包括測(cè)試臺(tái)架、流量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)和熱試試驗(yàn)系統(tǒng);所述測(cè)試臺(tái)架用于固設(shè)固沖發(fā)動(dòng)機(jī)模型,所述流量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)用于采集燃?xì)獍l(fā)生器的壓強(qiáng)和流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度信息來(lái)對(duì)流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行流量調(diào)節(jié)控制;所述熱試試驗(yàn)系統(tǒng)包括氣源部分、進(jìn)氣管道和用于對(duì)氣源部分輸出的氣體進(jìn)行加熱的加熱部分,所述氣源部分通過(guò)進(jìn)氣管道與燃?xì)獍l(fā)生器連通,所述熱試試驗(yàn)系統(tǒng)用于輸出不同壓力和溫度的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣。
      [0010]所述流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括工控機(jī),所述工控機(jī)采用流量調(diào)節(jié)控制,所述流量調(diào)節(jié)控制為雙閉環(huán)控制,該雙閉環(huán)控制包括一個(gè)壓強(qiáng)外環(huán)和一個(gè)開(kāi)度內(nèi)環(huán),所述壓強(qiáng)外環(huán)中的燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)部的壓強(qiáng)與燃?xì)獍l(fā)生器的給定壓強(qiáng)之間的差值經(jīng)第一 PID控制器后為所述開(kāi)度內(nèi)環(huán)的給定量,所述采集到的流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度信息為開(kāi)度內(nèi)環(huán)的反饋量,所述開(kāi)度內(nèi)環(huán)的給定量與開(kāi)度內(nèi)環(huán)的反饋量做差后輸入給第二 PID控制器,第二 PID控制器輸出的控制信號(hào)用于調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。
      [0011]所述加熱部分為來(lái)流加熱模擬裝置,所述熱試試驗(yàn)系統(tǒng)還包括監(jiān)控測(cè)量部分,所述來(lái)流加熱模擬裝置串設(shè)在所述進(jìn)氣管道上,所述監(jiān)控測(cè)量部分用于控制所述來(lái)流加熱模擬裝置,并監(jiān)測(cè)來(lái)流參數(shù);所述來(lái)流加熱模擬裝置用于生成不同壓力、不同溫度的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)
      Ho
      [0012]本發(fā)明提供的固沖發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)冷流和熱流地面試驗(yàn)系統(tǒng)能夠?qū)虥_發(fā)動(dòng)機(jī)分別進(jìn)行兩種性能的監(jiān)測(cè),對(duì)固沖發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷流流量調(diào)節(jié)試驗(yàn)和燃?xì)獍l(fā)生器熱流流量調(diào)節(jié)試驗(yàn),幾乎涵蓋了固沖發(fā)動(dòng)機(jī)流量調(diào)節(jié)技術(shù)研制周期的全部試驗(yàn);通過(guò)這兩個(gè)模擬試驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)虥_發(fā)動(dòng)機(jī)流量調(diào)節(jié)技術(shù)的性能進(jìn)行有效監(jiān)測(cè),縮短研發(fā)周期,減少發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火試驗(yàn)次數(shù),提高安全性和成功率。
      [0013]這兩個(gè)系統(tǒng)具有成本低、危險(xiǎn)性小,可重復(fù)性探索的特點(diǎn);該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平及應(yīng)用情況,都達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平;并且這兩個(gè)系統(tǒng)針對(duì)固沖發(fā)動(dòng)機(jī)成本高、不可重復(fù)、預(yù)研具有危險(xiǎn)性等特點(diǎn),按照仿真、冷流、熱試開(kāi)展階段性試驗(yàn),確保安全有序。
      [0014]這兩個(gè)系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)中的各型流量調(diào)節(jié)閥的科研階段探索性試驗(yàn)具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義和很高的安全性,能夠最大程度的減少功能研究對(duì)點(diǎn)火試驗(yàn)的依賴,降低了風(fēng)險(xiǎn),提高了試驗(yàn)成功率,對(duì)不同結(jié)構(gòu)、不同藥型的流量調(diào)節(jié)閥研究具有通用性。
      [0015]在多輪仿真、冷流試驗(yàn)及幾次短時(shí)間點(diǎn)火試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,分析數(shù)據(jù)、優(yōu)化改進(jìn),最終能夠順利完成上百秒長(zhǎng)時(shí)間沖壓流量調(diào)節(jié)試驗(yàn)考核。這兩個(gè)系統(tǒng)可保證科研試驗(yàn)安全、有序的開(kāi)展,降低成本和風(fēng)險(xiǎn),具有較高的經(jīng)濟(jì)適用性。
      【附圖說(shuō)明】
      [0016]圖1是固沖發(fā)動(dòng)機(jī)的部分結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0017]圖2是固沖發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)冷流地面試驗(yàn)系統(tǒng)與固沖發(fā)動(dòng)機(jī)之間的控制原理圖;
      [0018]圖3是流量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的控制圖;
      [0019]圖4是冷態(tài)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的氣路部分的結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0020]圖5是固沖發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)熱流地面試驗(yàn)系統(tǒng)與固沖發(fā)動(dòng)機(jī)之間的控制原理圖。
      【具體實(shí)施方式】
      [0021]本發(fā)明提供了兩種固沖發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)地面試驗(yàn)系統(tǒng),分別是固沖發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)冷流地面試驗(yàn)系統(tǒng)和固沖發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)熱流地面試驗(yàn)系統(tǒng),這兩個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)能夠模擬固沖發(fā)動(dòng)機(jī)的流量相關(guān)參數(shù),通過(guò)控制流量調(diào)節(jié)閥改變通過(guò)燃?xì)鈬娍诘牧髁浚M(jìn)而改變固沖發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
      [0022]這兩個(gè)系統(tǒng)之所以為地面試驗(yàn)系統(tǒng),是因?yàn)閮烧呔鶡o(wú)需在導(dǎo)彈發(fā)射飛行試驗(yàn)中進(jìn)行,而是在地面就可進(jìn)行模擬試驗(yàn)。根據(jù)階段性科研試制要求,將固沖發(fā)動(dòng)機(jī)流量調(diào)節(jié)技術(shù)的地面性能監(jiān)測(cè)研究可分為三個(gè)階段試驗(yàn),半實(shí)物仿真試驗(yàn)、冷態(tài)流量模擬試驗(yàn)和燃?xì)獍l(fā)生器熱流試驗(yàn),這三個(gè)試驗(yàn)分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的試驗(yàn)分系統(tǒng),由此指導(dǎo)試驗(yàn)研究按階段完成和優(yōu)化。其中,半實(shí)物仿真試驗(yàn)和冷態(tài)流量模擬試驗(yàn)對(duì)應(yīng)流量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)和冷流試驗(yàn)系統(tǒng),實(shí)物仿真試驗(yàn)和熱試點(diǎn)火試驗(yàn)對(duì)應(yīng)流量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)和熱流試驗(yàn)系統(tǒng)。
      [0023]以下結(jié)合著附圖對(duì)這兩個(gè)固沖發(fā)動(dòng)機(jī)流量調(diào)節(jié)地面試驗(yàn)系統(tǒng)中的具體結(jié)構(gòu)及其作用做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
      [0024]固沖發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)冷流地面試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)施例
      [0025]如圖2所示,固沖發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)饬髁空{(diào)節(jié)冷流地面試驗(yàn)系統(tǒng),包括測(cè)試臺(tái)架、流量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)和冷態(tài)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。測(cè)試臺(tái)架用于在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)固設(shè)固沖發(fā)動(dòng)機(jī)模型,并且本實(shí)施例和下面的熱試試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)施例中,流量調(diào)節(jié)裝置均由流量調(diào)節(jié)閥和調(diào)節(jié)電機(jī)組成。
      [0026]流量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)為一個(gè)半實(shí)物仿真試驗(yàn)系統(tǒng),該試驗(yàn)所依托的試驗(yàn)分系統(tǒng)是所有地面流量調(diào)節(jié)試驗(yàn)控制的核心和基礎(chǔ),由工控機(jī)、采集卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)盒、傳感器等組成。其中工控機(jī)通過(guò)采集卡以及傳感器采集燃?xì)獍l(fā)生器的壓強(qiáng)信息和調(diào)節(jié)電機(jī)的電位信息(該電位信息由設(shè)置在調(diào)節(jié)電機(jī)處的電位計(jì)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)并反饋給工控機(jī));工控機(jī)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)盒控制調(diào)節(jié)電機(jī),驅(qū)動(dòng)盒用于調(diào)節(jié)電機(jī)的功率驅(qū)動(dòng)和信號(hào)調(diào)理。工控機(jī)通過(guò)內(nèi)部設(shè)置的軟件程序以及simul ink平臺(tái)來(lái)控制驅(qū)動(dòng)盒來(lái)完成仿真技術(shù)研究和流量調(diào)節(jié)實(shí)時(shí)控制。另外,為了順利實(shí)現(xiàn)控制和研究,采集的信號(hào)還有電流信號(hào)、時(shí)統(tǒng)信號(hào)等。
      [0027]為了對(duì)流量進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和控制,在工控機(jī)中對(duì)燃?xì)獍l(fā)生器的控制策略進(jìn)行建模,具體為一個(gè)流量調(diào)節(jié)控制方法。燃?xì)獍l(fā)生器及流量調(diào)節(jié)閥簡(jiǎn)化為帶滯后的一階慣性環(huán)節(jié),如圖3所示,該流量調(diào)節(jié)控制為雙閉環(huán)控制,采用內(nèi)外環(huán)串級(jí)PID控制,包括一個(gè)壓強(qiáng)外環(huán)和一個(gè)電位內(nèi)環(huán),外環(huán)測(cè)量燃?xì)獍l(fā)生器的內(nèi)部壓強(qiáng)作為反饋量,將給定壓強(qiáng)與反饋壓強(qiáng)的誤差送到PIDl控制器中,經(jīng)該P(yáng)IDl控制器的處理后的輸出量又作為電位內(nèi)環(huán)的給定量;在電位內(nèi)環(huán)中,測(cè)量電位計(jì)角度作為電位內(nèi)環(huán)的反饋量,將電位內(nèi)環(huán)的給定量與電位內(nèi)環(huán)的反饋量的差值送入PID2控制器中,經(jīng)PID2控制器處理后輸出的控制信號(hào)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)盒來(lái)控制調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度,從而改變?nèi)細(xì)獍l(fā)生器的喉部面積,壓強(qiáng)隨之改變,從而實(shí)現(xiàn)燃?xì)獍l(fā)生器工作壓強(qiáng)的閉環(huán)控制。
      [0028]燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng)與喉部面積之間存在較強(qiáng)非線性,以指數(shù)關(guān)系增長(zhǎng),故工控機(jī)也相應(yīng)采用變?cè)鲆婵刂破鞣侄慰刂?,從而減小非線性帶來(lái)的影響。程序優(yōu)化中還設(shè)計(jì)了時(shí)統(tǒng)安全性判讀、輸出限幅、積分抗飽和措施等,降低試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。系統(tǒng)建模完成的基礎(chǔ)上,反復(fù)進(jìn)行內(nèi)外環(huán)控制器參數(shù)匹配調(diào)試,滿足總體控制指標(biāo)。
      [0029]該工控機(jī)通過(guò)內(nèi)部的流量調(diào)節(jié)控制策略可完成控制對(duì)象的快速建模,控制算法調(diào)試、降低試驗(yàn)代價(jià),提高研制速度。
      [0030]上述在進(jìn)行流量調(diào)節(jié)控制過(guò)程中,需要給定燃?xì)獍l(fā)生器一定的壓強(qiáng),而通過(guò)冷態(tài)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)輸出該給定壓強(qiáng)。所以,該流量調(diào)節(jié)控制過(guò)程主要由冷態(tài)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)與流量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)配合完成試驗(yàn),如圖4所示,流量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)燃?xì)獍l(fā)生器及流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制和反饋測(cè)量,冷態(tài)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷態(tài)供氣模擬燃?xì)獍l(fā)生器壓強(qiáng),模擬檢測(cè)流量調(diào)節(jié)閥在模擬狀態(tài)下的性能測(cè)試,以及該發(fā)動(dòng)機(jī)在不同壓強(qiáng)下
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