液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)脈動(dòng)壓力測(cè)量技術(shù)研究

陳海峰，鄺 奇，翟文化，姚羽佳

（西安航天動(dòng)力試驗(yàn)技術(shù)研究所，陜西西安710100）

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)脈動(dòng)壓力測(cè)量技術(shù)研究

陳海峰，鄺 奇，翟文化，姚羽佳

（西安航天動(dòng)力試驗(yàn)技術(shù)研究所，陜西西安710100）

對(duì)常規(guī)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的脈動(dòng)壓力測(cè)量特點(diǎn)、測(cè)量系統(tǒng)組成與測(cè)量方式以及發(fā)動(dòng)機(jī)不穩(wěn)性燃燒的關(guān)系和數(shù)據(jù)分析方法做了介紹，并在此基礎(chǔ)上闡述了現(xiàn)有常規(guī)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)脈動(dòng)壓力測(cè)量工藝方法。通過對(duì)現(xiàn)有常規(guī)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)脈動(dòng)壓力測(cè)量參數(shù)引入，解決了常規(guī)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中以往無法對(duì)不穩(wěn)定燃燒現(xiàn)象的監(jiān)測(cè)及其有效評(píng)估問題。并為研究發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)和評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能提供了重要手段。

發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)；脈動(dòng)壓力測(cè)量；工藝方法

0 引言

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是我國(guó)目前運(yùn)載火箭的主要?jiǎng)恿ρb置，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作可靠性關(guān)系到發(fā)射的成敗。液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中，有時(shí)由于振動(dòng)過大會(huì)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)卡箍斷裂，推力室箍環(huán)裂開等故障現(xiàn)象。這些故障的發(fā)生一種可能原因是由于發(fā)動(dòng)機(jī)推力室存在不穩(wěn)定燃燒現(xiàn)象，從而產(chǎn)生大振動(dòng)進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)自身部件處材料受應(yīng)力變形過大發(fā)生斷裂。燃燒室燃燒不穩(wěn)對(duì)發(fā)生器、燃燒室不利，易造成發(fā)動(dòng)機(jī)故障。發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定性的結(jié)果是毀壞發(fā)動(dòng)機(jī)自身組件，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)不能正常工作，但對(duì)燃燒不穩(wěn)定的研究困難較大。

此外，發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中還有其它因素影響其可靠性，如零件尺寸不符合要求，工藝發(fā)生局部變化等。為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能，及時(shí)分析發(fā)動(dòng)機(jī)組合件工作中出現(xiàn)的異常情況，從設(shè)計(jì)階段就要分析組合件的工作性能數(shù)據(jù)。如推力室、發(fā)生器組合件工作性能的評(píng)估以及發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)燃燒穩(wěn)定性與可靠性的評(píng)定。通常發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的穩(wěn)定性是通過動(dòng)態(tài)參數(shù)振蕩及脈動(dòng)來評(píng)估，一般通過在推力室噴前入口、噴前管路、發(fā)動(dòng)機(jī)頭部殼體安裝脈動(dòng)壓力傳感器獲得動(dòng)態(tài)性能。

1 脈動(dòng)壓力測(cè)量系統(tǒng)組成及其特征

脈動(dòng)壓力測(cè)試系統(tǒng)主要由脈動(dòng)壓力傳感器、信號(hào)調(diào)理器及動(dòng)態(tài)信號(hào)采集分析系統(tǒng)組成。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)能夠全程記錄和回放多路動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)間歷程曲線，能夠顯示動(dòng)態(tài)信號(hào)的最大值、最小值、平均值、峰峰值等時(shí)域統(tǒng)計(jì)參數(shù)，能夠?qū)?dòng)態(tài)信號(hào)作平滑、微分/積分、數(shù)字慮波、FFT分析、相關(guān)分析、幅值分析、頻譜分析等處理。

1.1 脈動(dòng)壓力傳感器特征

一般發(fā)動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定性燃燒分為低頻振蕩、中頻振蕩和高頻振蕩三種。因此，脈動(dòng)壓力傳感器作為脈動(dòng)壓力信號(hào)的感受部件，是信號(hào)產(chǎn)生的源端，對(duì)脈動(dòng)壓力傳感器的工作頻帶要求較寬。由于脈動(dòng)壓力測(cè)量通常要求較高的響應(yīng)時(shí)間，因此作為測(cè)量動(dòng)態(tài)壓力的壓力傳感器還應(yīng)具有較高靈敏度、較快的頻響、以及較寬的線性工作范圍。

1.2 信號(hào)調(diào)理器及采集系統(tǒng)特征

信號(hào)調(diào)理器以電荷放大器為核心，作用是輸出與傳感器電荷量成正比的電壓信號(hào)。電荷放大器內(nèi)配置的高、低通濾波器作用是慮除高頻或低頻干擾，同時(shí)隔離輸入偏置電壓，消除溫度偏移等因素的影響。輸出級(jí)放大器是為了使放大器輸出適宜的電流、電壓信號(hào)，以用來驅(qū)動(dòng)所配接的二次儀表。

輸入信號(hào)調(diào)理器放大器的級(jí)聯(lián)方式有兩種：接地（單端輸入）和浮地（雙端輸?shù)兀Ｗ鳛閿?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前置放大器，一般具有差分（雙端）輸入，當(dāng)被測(cè)信號(hào)較強(qiáng)、內(nèi)阻較小或連接電纜又較短時(shí)，共模干擾信號(hào)可以忽略不計(jì)，這時(shí)可將前置放大器的反向輸入端（一極）接地，構(gòu)成單端（接地）輸入方式。當(dāng)被測(cè)信號(hào)較弱、內(nèi)阻較大或連接電纜較長(zhǎng)時(shí)，為了準(zhǔn)確的對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，就必須抑制共模信號(hào)的干擾，這時(shí)應(yīng)采用浮地 （雙端）輸入連接方式。注意到在浮地情況，實(shí)際上有兩條輸入線，兩條信號(hào)線（分別接前置放大器的正負(fù)端）和一條地線。如果采用三芯插座，其中三根線中兩根為輸入端（浮地），一根接地；如果采用雙芯插座（BNC插頭），地線通常也就是儀器的機(jī)殼。

浮地連接時(shí)，前置放大器具有對(duì)共模干擾信號(hào)的抑制能力，后者常用共模抑制比（CMRR）來描述。共模抑制比定義為：CMRR=差模電壓增益/共模電壓增益，對(duì)于數(shù)據(jù)采集用前置放大器通常要求具有60至120 dB的共模抑制比。

2 傳感器對(duì)脈動(dòng)壓力測(cè)量的影響

傳感器對(duì)動(dòng)壓測(cè)量的影響主要有兩個(gè)因素：一是傳感器的安裝對(duì)動(dòng)壓測(cè)量的影響；二是傳感器的動(dòng)態(tài)特性對(duì)動(dòng)壓測(cè)量的影響。

2.1 傳感器的安裝方式

脈動(dòng)壓力傳感器是獲取流場(chǎng)中壓力信號(hào)的部分，因此需要進(jìn)行合理的安裝。安裝過程既要考慮到傳感器自身的性能，同時(shí)又要兼顧被測(cè)量流場(chǎng)的狀態(tài)。傳感器的安裝對(duì)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量會(huì)產(chǎn)生較大的影響，由于傳感器的安裝對(duì)被測(cè)系統(tǒng)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致被測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)與未安裝傳感器前不同而使得被測(cè)系統(tǒng)內(nèi)被測(cè)壓力的工作狀態(tài)發(fā)生了變化，從而影響到動(dòng)態(tài)壓力的測(cè)量。

傳感器的安裝方式通?？梢苑譃辇R平安裝和附加連接管安裝 （見圖1）：前者使傳感器測(cè)量面與被測(cè)對(duì)象直接接觸，獲得其動(dòng)態(tài)特性（這種做法通常是建立在管道和容腔的頻率響應(yīng)較低的前提下的）；后者是在幾何空間不允許的條件下，借助輔助管路傳遞壓力的安裝方式，要同時(shí)兼顧管道響應(yīng)、溫度影響和振動(dòng)影響，通過對(duì)此三方面的分析與處理，使傳遞后的壓力基本與引出處動(dòng)態(tài)特性一致。

圖1 脈動(dòng)壓力傳感器的安裝方式示意圖Fig.1 Schematic diagram for installation of fluctuating pressure sensor

2.2 傳感器的動(dòng)態(tài)特性

在動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量中，除了要保證傳感器的安裝不對(duì)被測(cè)系統(tǒng)壓力工作狀態(tài)產(chǎn)生影響，還要考慮傳感器的動(dòng)態(tài)特性對(duì)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量的影響。圖2是一個(gè)典型的動(dòng)態(tài)壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖。對(duì)這種結(jié)構(gòu)的壓力傳感器通常具有兩個(gè)諧振頻率；一個(gè)是引壓腔的諧振頻率；一個(gè)是壓力感應(yīng)膜片的諧振頻率。

圖2 常規(guī)脈動(dòng)壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure of conventional fluctuating pressure sensor

對(duì)于這種結(jié)構(gòu)的脈動(dòng)壓力傳感，高頻壓力信號(hào)并沒有被引壓腔抑制掉，它仍然進(jìn)人了引壓腔并使壓力感應(yīng)膜片產(chǎn)生了共振，盡管引壓腔的共振頻率與壓力感應(yīng)膜片的共振頻率相差較大，倘若安裝方式有問題仍可引起壓力感應(yīng)膜片的共振信號(hào)疊加在了引壓腔的共振，從而在測(cè)量的脈動(dòng)壓力信號(hào)中產(chǎn)生干擾信號(hào)。

3 影響脈動(dòng)壓力測(cè)量性能的因素

脈動(dòng)壓力在測(cè)量過程中，影響其可靠性與測(cè)量準(zhǔn)確性的因素主要涉及兩個(gè)方面：一是發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中振動(dòng)的影響；二是傳感器接觸的工作介質(zhì)溫度變化的影響。

3.1 振動(dòng)影響

發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生軸向、徑向、切向三個(gè)方向的振動(dòng)，脈動(dòng)壓力傳感器在安裝時(shí)與這三個(gè)方向任意一個(gè)重合時(shí)，就會(huì)受到該方向上振動(dòng)的影響。這種振動(dòng)效果會(huì)疊加到脈動(dòng)壓力的膜片上，進(jìn)而對(duì)脈動(dòng)壓力輸出信號(hào)產(chǎn)生影響。為避免或減小振動(dòng)對(duì)脈動(dòng)壓力傳感器的影響，可在脈動(dòng)壓力傳感器附近安裝一個(gè)同方向的振動(dòng)傳感器，利用補(bǔ)償原理校正脈動(dòng)壓力傳感器的輸出信號(hào)。也可以正確選擇脈動(dòng)壓力傳感器安裝方向。此外，脈動(dòng)壓力傳感器對(duì)振動(dòng)的敏感性也可通過熱試車檢查。方法是在同一個(gè)位置安裝兩個(gè)相同型號(hào)的脈動(dòng)壓力傳感器：一個(gè)用于正常測(cè)量；另一個(gè)將壓力入口封死，使其感受不到壓力，比較這兩個(gè)傳感器的輸出信號(hào)，就可鑒定振動(dòng)對(duì)傳感器的影響程度。

3.2 溫度影響

在燃燒室工作時(shí)，其內(nèi)部是高溫的氣體，該氣體的流體力學(xué)特性（即燃燒室壓力的變化）就反映出燃燒室工作的穩(wěn)定性。在燃燒室啟動(dòng)時(shí)，其內(nèi)部溫度瞬間變化（圖3），當(dāng)壓電式壓力傳感器接觸到高溫氣體時(shí)，傳感器輸出首先出現(xiàn)正躍變信號(hào)（正負(fù)躍變信號(hào)與傳感器自身結(jié)構(gòu)有關(guān)），當(dāng)燃燒室內(nèi)部溫度穩(wěn)定后，信號(hào)迅速減小為負(fù)值，而后逐漸回到壓力穩(wěn)定值，這就說明了瞬變溫度在壓電式壓力傳感器的殼體和基座等部件內(nèi)產(chǎn)生了溫度梯度，由此引起的熱應(yīng)力對(duì)膜片與基座之間的預(yù)緊力進(jìn)行卸載，導(dǎo)致傳感器的輸出變現(xiàn)為卸載信號(hào)，然后熱量才通過膜片進(jìn)入壓電晶體，產(chǎn)生熱電輸出，表現(xiàn)為加載信號(hào)。為了避免溫度對(duì)傳感器的影響，通?？刹捎盟鋮s膜片、燒蝕涂層、陶瓷涂層或各種轉(zhuǎn)接座連接傳感器。

圖3 脈動(dòng)壓力傳感器受瞬態(tài)溫度影響的測(cè)量曲線Fig.3 Curve of fluctuating pressure sensor influenced by transient temperature

4 現(xiàn)有脈動(dòng)壓力測(cè)量工藝方法

現(xiàn)有常規(guī)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)脈動(dòng)壓力測(cè)點(diǎn)的要求，主要集中在氧化劑入口、燃料入口、推力室氧化劑噴前以及燃燒室室壓等幾個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部位點(diǎn)上。

4.1 推進(jìn)劑入口脈動(dòng)壓力測(cè)量工藝方法

由于推進(jìn)劑入口脈動(dòng)壓力需要在推進(jìn)劑管路上打孔進(jìn)行安裝，但考慮到現(xiàn)有壓力測(cè)量系統(tǒng)，其水擊壓力傳感器就安裝在推進(jìn)劑進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)入口管上，其傳感器頻響滿足脈動(dòng)壓力測(cè)量要求，故可用水擊傳感器來進(jìn)行推進(jìn)劑入口脈動(dòng)壓力的測(cè)量。推進(jìn)劑入口脈動(dòng)壓力測(cè)量過程如下：由于水擊傳感器輸出的為電壓信號(hào)，其輸出信號(hào)可以并聯(lián)輸出，故經(jīng)水擊信號(hào)調(diào)理器輸出并上兩路電壓信號(hào)輸入進(jìn)動(dòng)態(tài)采集通道內(nèi)，脈動(dòng)壓力校驗(yàn)系數(shù)采用水擊傳感器壓力校驗(yàn)系數(shù)，進(jìn)而對(duì)水擊信號(hào)進(jìn)行脈動(dòng)壓力采集和分析（見圖4）。

圖4 脈動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)原理圖Fig.4 Principle diagram of fluctuating pressure detecting system

4.2 推力室氧化劑噴前和燃燒室室壓脈動(dòng)測(cè)量工藝方法

對(duì)于推力室氧化劑噴前和燃燒室室壓脈動(dòng)壓力的測(cè)量，采用在推力室頭部安裝脈動(dòng)壓力傳感器，其所選傳感器性型號(hào)為CY-YD-205。測(cè)量過程如下：由于CY-YD-205型脈動(dòng)壓力傳感器屬于電荷兩線制輸出，具有較強(qiáng)的抗干擾和耐高溫特性（≤150℃），故其傳輸距離可以較遠(yuǎn)，傳輸信號(hào)具有較強(qiáng)的抗干擾性，其測(cè)量和數(shù)據(jù)分析方式與振動(dòng)傳感器一致，該脈動(dòng)壓力傳感器完全可以利用振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)來采集和分析（見圖5），即就是脈動(dòng)傳感器電荷信號(hào)經(jīng)活動(dòng)電纜和長(zhǎng)距離測(cè)量電纜進(jìn)入LMS采集系統(tǒng)，而后對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集和分析。

圖5 推力室氧化劑噴前和燃燒室室壓脈動(dòng)壓力測(cè)量系統(tǒng)Fig.5 Fluctuating pressure detecting system in combustion chamber before oxidizer spraying

5 脈動(dòng)壓力特征與發(fā)動(dòng)機(jī)不穩(wěn)性燃燒的關(guān)系

燃燒不穩(wěn)定性是由于燃燒和系統(tǒng)的流體動(dòng)態(tài)過程之間相耦合而引起。通過這一耦合，用燃燒所提供的振蕩能量來維持振蕩，只有當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)的阻尼過程足夠強(qiáng)，以致振蕩能量的耗散要比其供應(yīng)的快，振蕩才會(huì)衰減。燃燒不穩(wěn)定性是用燃燒室內(nèi)壓力脈動(dòng)的頻譜分析來獲得。主要是用突頻幅值來定義的（見圖6）。在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)正常穩(wěn)定工作時(shí)，室內(nèi)壓力的脈動(dòng)在頻譜上是連續(xù)的，只有少量可辨認(rèn)的尖峰，即突頻幅值。通過對(duì)大量熱試車脈動(dòng)壓力突頻幅值數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可得到的燃燒穩(wěn)定性判據(jù)的試驗(yàn)值，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定段和起動(dòng)段，突頻極大值并不一樣。按照判據(jù)，將每次試驗(yàn)結(jié)果與極限值比較，即將突頻峰值、頻率等與極限值比較，以決定生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)是否滿足要求。當(dāng)突頻幅值、頻率等參數(shù)高于極限值時(shí)則不能使用。但在不穩(wěn)定情況下，在頻譜上的一個(gè)或多個(gè)頻率處呈現(xiàn)大的集中的振動(dòng)能量，相對(duì)于正常的混亂噪音的背景是容易辨認(rèn)出來的。實(shí)驗(yàn)和理論證明，如果壓力振蕩振幅的峰峰值與平均室壓之比小于某一常數(shù)時(shí)，通常對(duì)燃燒時(shí)沒有結(jié)構(gòu)上的破壞。確定振蕩源在推力室還是發(fā)源在輸送系統(tǒng)，還是由于輸送系統(tǒng)和燃燒時(shí)相互作用的結(jié)果是非常重要的。在一個(gè)特定的燃燒室中，室壓力的振蕩頻率和系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)情況相關(guān)，同樣也由推進(jìn)劑管路內(nèi)的流體流動(dòng)、燃燒的物理化學(xué)過程和室內(nèi)燃?xì)獾膭?dòng)力學(xué)之間的復(fù)雜的相互作用所決定的。理論和試驗(yàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)推力室的不穩(wěn)定頻譜上，顯著影響每一個(gè)頻率成分的只有一個(gè)物理過程，這就有可能將所觀察的不穩(wěn)定性按他們相對(duì)的重要性分成：高頻或氣體動(dòng)力學(xué)的，低頻或水力學(xué)的以及中頻或燃燒動(dòng)力學(xué)的。在頻率大約為1 000 Hz以上的高頻不穩(wěn)定性常稱為“損害性聲振”或“尖哨”型不穩(wěn)定性，他們是氣體動(dòng)力學(xué)的不穩(wěn)定性，是靠燃燒過程維持和引起的，并且他們集中在燃燒時(shí)的最上面的部位。高頻不穩(wěn)定性可用瞬時(shí)引起的特點(diǎn)來表征（從無到全振幅僅幾毫秒），這類振蕩主要是徑向和切向型的。在頻率大約低于180 Hz的這類不穩(wěn)性是水力學(xué)的振蕩，他們的特點(diǎn)是燃燒過程和推進(jìn)劑輸送系統(tǒng)的流動(dòng)過程之間是因果相關(guān)聯(lián)的，其現(xiàn)象有時(shí)稱為“喘振”。喘振最經(jīng)常發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的啟動(dòng)和停車的時(shí)候，或發(fā)生在偏離預(yù)定的工作水平的時(shí)候。具有頻率范圍200～1 000 Hz的這類不穩(wěn)定性有時(shí)稱為燃燒動(dòng)力學(xué)或“螢振”。他的特點(diǎn)是燃燒過程和推進(jìn)劑輸送系統(tǒng)的流動(dòng)過程之間的聯(lián)系類似彈簧—質(zhì)量型式。它常常只出現(xiàn)在輸送系統(tǒng)的某個(gè)部分，或限制在燃燒室內(nèi)，或在雙組元推進(jìn)劑系統(tǒng)中只發(fā)生在兩個(gè)推進(jìn)劑系統(tǒng)中的一個(gè)上。在一個(gè)泵式系統(tǒng)中，泵是這類振蕩的最初振源。

圖6 脈動(dòng)壓力頻譜圖Fig.6 Frequency spectrogram of fluctuating pressure

所有類型的燃燒不穩(wěn)定性都是以室壓振蕩來表征的，其主要特征主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）振蕩具有明顯的周期性；2）振蕩能量集中在某幾個(gè)固有頻率的振蕩上；3）室內(nèi)不同位置的燃?xì)庹袷幹g具有一定的聯(lián)系；4）燃燒室壓力的振蕩幅值較大，在平均室壓的5%以上或更高。

6 脈動(dòng)壓力測(cè)量存在隱患及其預(yù)防措施

6.1 推進(jìn)劑入口脈動(dòng)

推進(jìn)劑入口脈動(dòng)壓力主要是采用水擊傳感器來進(jìn)行測(cè)量的，其存在隱患主要存在于水擊傳感器自身的可靠性方面（損壞、泄露）。為此，每次進(jìn)行水擊測(cè)量時(shí)，都是用新的傳感器，并在安裝前對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)校準(zhǔn)和打壓，滿足操作規(guī)程后再進(jìn)行安裝，安裝時(shí)滿足特定安裝力矩并在現(xiàn)場(chǎng)有崗位操作人員和質(zhì)量工程師進(jìn)行力矩再次確認(rèn)，安裝完成后在經(jīng)進(jìn)行氣密性檢查合格才進(jìn)行試車使用。

6.2 推力室氧化劑噴前和脈動(dòng)壓力

推力室氧化劑噴前和燃燒室室壓脈動(dòng)壓力主要是采用電荷輸出型傳感器來進(jìn)行測(cè)量的，其存在隱患主要存在于傳感器在試車時(shí)安裝接口發(fā)生泄漏。

對(duì)于推力室氧化劑噴前和燃燒室室壓脈動(dòng)壓力，安裝時(shí)滿足特定安裝力矩并在現(xiàn)場(chǎng)有崗位操作人員和質(zhì)量工程師進(jìn)行力矩再次確認(rèn)。在傳感器安裝完成后，對(duì)其進(jìn)行氣密性檢查，在氣密檢測(cè)結(jié)果滿足規(guī)程要求下方可進(jìn)行試車使用。

同時(shí)，為保證測(cè)量的可靠性，每次進(jìn)行推力室氧化劑噴前和燃燒室室壓脈動(dòng)壓力測(cè)量時(shí)，都使用新校準(zhǔn)后的傳感器，并在安裝前對(duì)其進(jìn)行沖擊檢查和打壓檢查，滿足要求后再進(jìn)行安裝。發(fā)動(dòng)機(jī)上臺(tái)后對(duì)傳感器安裝狀態(tài)再次進(jìn)行檢查確認(rèn)無誤后，對(duì)采集通道進(jìn)行對(duì)通道檢查，完全無誤后才進(jìn)行試車使用。

7 結(jié)論

近幾年某些型號(hào)試車中不斷暴露出推力室軸向振動(dòng)大，結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)不同程度的破壞。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞主要為推力室軸向振動(dòng)大導(dǎo)致，振動(dòng)大的主要原因?yàn)槿紵^程發(fā)生改變后引起的壓力振蕩與推力室結(jié)構(gòu)耦合所致。通過對(duì)現(xiàn)有常規(guī)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)引入脈動(dòng)壓力測(cè)量和對(duì)不穩(wěn)定燃燒現(xiàn)象的監(jiān)測(cè)，為從物理結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)提供依據(jù)。

現(xiàn)有脈動(dòng)壓力測(cè)量系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行了多次實(shí)際試車的應(yīng)用，其對(duì)提高和驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)理論，研究發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)和評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能提供了重要手段，并對(duì)解決和研究常規(guī)大推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)大振動(dòng)問題提供了有效方法。

［1］郭霄峰.液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn) ［M］.北京：宇航出版社，1990.

［2］王躍科，葉湘濱.現(xiàn)代動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003.

［3］李科杰.新編傳感器技術(shù)手冊(cè) ［M］.國(guó)防工業(yè)出版社，2002.

［4］張賢達(dá).信號(hào)處理［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1995.

［5］孟立凡，鄭賓.傳感器原理及技術(shù)［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，2000.

［6］黃俊欽.測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) ［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1996.

［7］朱明，梁人杰，柳光遼，等.動(dòng)壓測(cè)量［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1985.

［8］仲偉聰，張峰.單噴嘴燃燒流場(chǎng)仿真研究 ［J］.火箭推進(jìn)，2009，35（6）：27-30. ZHONG Weicong，ZHANG Feng.Numerical simulation of combustion in a single-injector［J］.Journal of rocket propulsion，2009，35（6）：27-30.

［9］陳泓宇，田愛梅.葉-盤系統(tǒng)振動(dòng)特性有限元分析程序?qū)崿F(xiàn)［J］.火箭推進(jìn)，2011，37（2）：40-45. CHEN Hongyu，TIAN Aimei.Implementation of FEA program for vibration characteristics of bladed disk system［J］.Journal of rocket propulsion，2011，37（2）：40-45.

［10］朱恒偉.液體推進(jìn)劑火箭發(fā)動(dòng)機(jī)地面試車故障檢測(cè)與診斷研究［D］.長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)，2003.

［11］申弘，黃樹紅.振動(dòng)故障信號(hào)奇異性指數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征研究［J］.振動(dòng)工程學(xué)報(bào)，2003，16（4）：476-479.

（編輯：王建喜）

Research on detection technology of fluctuating pressure in liquid rocket engine test

CHEN Haifeng，KUANG Qi，ZHAI Wenhua，YAO Yujia
（Xi'an Aerospace Propulsion Test Technology Institute，Xi'an 710100，China）

The characteristics of fluctuating pressure detection，compositions of detecting system，detecting methods，instable combustion and data analyzing methods of the conventional liquid rocket engine are introduced in this paper.The detecting method currently used in the fluctuating pressure detection of the conventional liquid rocket engine is also described.The problem that the instable combustion during the work of the conventional liquid rocket engine could not be monitored and evaluated effectively in the past has been solved by importing the measurement parameters of fluctuating pressure of the available conventional liquid rocket engine，which is useful for research of engine workingstate and evaluation ofengine workingperformance.

engine test；fluctuating pressure detection；technology method

V434-34

A

1672-9374（2016）05-0104-06

2016-02-15；

2016-03-18

國(guó)防科工局計(jì)量課題（JSJC2013203A001）

陳海峰（1983—），男，高級(jí)工程師，研究領(lǐng)域?yàn)橐后w火箭發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量技術(shù)