摘要：論述(shu)了液體火(huo)箭發動機(ji)用過氧化(hua)氫作爲推(tuī)進劑進行(hang)試驗的過(guo)程中流量(liàng)測量可采(cǎi)用的方式(shì)👌。提出了壓(ya)差式孔闆(pan)流量計 測(ce)量和角接(jie)式取壓結(jié)構在過氧(yang)化氫/煤油(you)發動機☔試(shì)驗中的應(ying)用技術。針(zhen)對過氧化(hua)氫/煤油發(fā)動機試驗(yàn)中流量測(ce)量提出🚩了(le)研究需要(yao)解決的關(guān)鍵技術。
1引(yǐn)言
　　在過氧(yang)化氫/煤油(yóu)發動機試(shi)驗中，因爲(wei)過氧化氫(qīng)的特殊性(xing)質，決定了(le)試驗系統(tǒng)在組建時(shi)對管道、閥(fá)門等組件(jiàn)材料有特(tè)殊要求。又(yòu)因發動機(ji)爲擠壓式(shi)工作，因此(cǐ)，在流量計(ji)選材時必(bi)須從過氧(yang)化氫的相(xiàng)容性和強(qiang)度兩方面(miàn)同🔱時考慮(lü)。
因爲1Cr18Ni9Ti與過(guo)氧化氫爲(wei)二級相容(róng)，同時，它在(zài)材料方面(mian)㊙️具有很㊙️好(hǎo)的綜合力(li)學性能，可(kě)用于高壓(ya)擠壓式試(shi)驗系統中(zhong)。因此在流(liú)量計選材(cái)時可采用(yòng)1Cr18Ni9Ti材料。
　　在用(yong)于過氧化(hua)氫系統時(shi)，常規的流(liu)量計有 渦(wo)輪流量計(ji) 、 靶式流量(liang)計 、質量流(liú)量計等。但(dàn)其測量方(fāng)式、密封形(xing)式及材質(zhì)方🍉面都因(yīn)爲與過氧(yang)化氫出現(xian)不同程度(du)的不相容(róng)現象而無(wu)法正常😘使(shǐ)用。因此，在(zài)過氧化氫(qīng)/煤油發動(dong)機試驗的(de)研制過程(cheng)中，必須盡(jìn)快地解決(jue)流量的測(cè)量問題，同(tóng)時，應該盡(jìn)可能提高(gao)流量計的(de)安👅全性和(he)可靠性研(yan)究工作。
孔(kong)闆流量計(jì) 的結構簡(jiǎn)單，材質方(fāng)面可完全(quán)采用與過(guò)氧化氫相(xiang)容💘的材料(liao)，密封的實(shí)現也較爲(wei)容易，同時(shi)設計壓力(lì)在選❗擇時(shí)🈲無局限性(xìng)。孔闆流量(liàng)計在實際(jì)使用當中(zhōng)，通過對孔(kong)闆前、後壓(yā)力🎯的測量(liang)來轉化✉️成(cheng)流量的測(ce)量。因此壓(yā)力的獲得(de)應力求準(zhun)确，在設計(jì)上采用了(le)🈲角接式取(qǔ)壓結構。
　　壓(ya)差式孔闆(pan)流量計适(shi)用于圓管(guǎn)流的流量(liang)測量。在管(guan)内設置🈲孔(kong)闆，當有流(liú)體流過時(shí)，在其上、下(xia)遊側之👈間(jian)就會産生(shēng)靜壓差。在(zài)有❄️關參數(shù)已知的條(tiao)件下，該靜(jìng)壓力與流(liú)體🏒流量之(zhi)間有确定(ding)的數值關(guan)系（詳見孔(kǒng)闆計算）。
2孔(kong)闆流量計(jì)的設計結(jie)構
2.1孔闆的(de)技術要求(qiú)
　　孔闆的結(jie)構如圖1所(suo)示。孔闆的(de)上遊端面(mian)應是平整(zheng)的❄️，其表面(miàn)☎️任何兩點(diǎn)的連線對(duì)垂直于中(zhōng)心線平面(mian)的斜率應(ying)小于1％。此時(shí)，可忽略孔(kǒng)闆表面上(shang)不可避免(miǎn)的、肉眼看(kàn)不見的局(ju)部缺陷。在(zài)與孔闆同(tóng)心的直徑(jìng)❤️不小于1.5d的(de)圓的範圍(wei)内，應保證(zheng)孔闆上遊(yóu)端面的粗(cu)糙度準則(zé)dRa410?≤。下㊙️遊端面(miàn)應是⭐平整(zheng)的，而且平(ping)行于上遊(you)面。

孔闆厚(hou)度E、銳孔厚(hòu)度e及斜角(jiǎo)F的确定如(rú)下：
(1)銳孔厚(hòu)度e應在0.005D和(hé)0.02D之間，在銳(ruì)孔上任何(he)點所測得(dé)的e值之💜間(jian)的差不得(dé)大于0.001D。
(2)孔闆(pǎn)厚度E應在(zai)e和0.05D之間，在(zai)孔闆上任(rèn)何點所測(cè)得的E值之(zhi)間❗的差❓不(bu)得大于0.001D。
(3)如(ru)果孔闆厚(hòu)度E超過了(le)銳孔厚度(dù)e，則孔闆下(xia)遊應做成(cheng)傾☂️斜👅面，斜(xie)面應加工(gong)得光滑。斜(xié)面角應在(zài)30°～45°之間。
(4)邊緣(yuan)G、H、I應是尖銳(rui)的既無劃(huà)痕也無毛(mao)刺。
　　銳孔應(ying)是圓筒形(xíng)的，并垂直(zhí)于上遊端(duan)面。孔徑d值(zhi)應至少取(qu)四個不同(tong)測量方向(xiàng)直徑的平(píng)均值。這四(sì)個直徑應(yīng)按⭐彼此大(da)緻相等的(de)角距離分(fen)布在幾個(ge)軸向平面(miàn)内。任何孔(kǒng)徑的單測(cè)值與平均(jun1)直徑之差(cha)不應大于(yu)0.05％。
2.2孔闆流量(liang)計的安裝(zhuang)
　　在實際的(de)設計當中(zhōng)，孔闆應設(she)計爲可拆(chāi)卸式結構(gòu)，一種孔闆(pǎn)不可能适(shì)應任何工(gōng)況。即在所(suo)有的工作(zuò)區間，孔闆(pǎn)😄的流出系(xi)數并非恒(heng)定不變。在(zài)孔闆的設(she)計區内工(gong)作時⛱️，流量(liang)的測量值(zhi)可信度⛷️較(jiào)高，在非設(shè)計區内工(gong)作時，流量(liang)的測量值(zhí)可能會出(chū)現失真現(xiàn)💃🏻象。按照試(shì)驗時貯箱(xiāng)的工作壓(yā)力對法蘭(lan)進行結構(gou)✂️設計。連接(jie)形式見圖(tu)2。
　　 在使用中(zhōng)，孔闆結構(gou)可設計爲(wèi)放大狀态(tài)下的密封(feng)💰墊。兩頭采(cǎi)⭕用活套法(fǎ)蘭結構，與(yu)管路連接(jiē)，中間爲起(qǐ)密封作用(yong)❓的孔闆。在(zai)孔闆的前(qián)、後分别設(shè)置取壓孔(kǒng)，以此獲📧得(dé)壓力參數(shù)。用😄靠肩圈(quan)🔴和孔闆在(zài)對接時形(xing)成的内腔(qiāng)來實現取(qu)壓環的結(jie)構。
這種結(jié)構在完成(chéng)有效密封(feng)的前提下(xià)，使角接式(shi)取壓結構(gòu)在🈲連接的(de)過程中得(de)到了實現(xian)。從而提高(gao)了孔闆⭐流(liú)量計安裝(zhuang)和🍓使用🌈的(de)高可靠度(du)要求。

2.3角接(jiē)取壓形式(shì)
　　孔闆流量(liàng)計在實際(ji)的使用過(guò)程中，不但(dan)應實現管(guǎn)路的連接(jiē)和密封，同(tong)時應滿足(zú)角接式取(qu)壓結構的(de)設計🙇‍♀️要求(qiú)。
　　取壓的方(fang)式較多，将(jiāng)孔闆用于(yu)流量測量(liàng)時，爲降低(dī)流量的㊙️測(ce)👅量♉誤差，采(cai)取了角接(jiē)取壓結構(gou)。角接取壓(yā)的結♻️構形(xíng)式見圖3所(suǒ)示。

　　取壓口(kou)的中心線(xiàn)與孔闆的(de)相應端面(miàn)之間的間(jiān)距等于取(qu)壓口☎️直徑(jìng)的一半或(huo)等于取壓(ya)口本身寬(kuan)度之半，這(zhe)樣，穿透管(guan)壁的取壓(yā)口與孔闆(pǎn)兩端面正(zhèng)好取平。圖(tú)3參數的取(qǔ)值如下：a爲(wèi)環隙寬度(dù)，對任意β值(zhi)在🏃🏻‍♂️測量清(qing)潔流體的(de)流量時，1mm≤a≤10mm；C和(hé)C′爲上遊和(hé)下遊的環(huan)的⭐長度，不(bu)應大于0.5D；f爲(wei)厚度，應大(da)于或等于(yu)🌈環隙寬度(du)a的兩倍；g×h爲(wèi)環室的橫(heng)截面積，應(ying)大于或等(deng)于連接環(huan)室與管子(zǐ)内部的開(kai)口總面積(ji)的一半；j爲(wei)直徑，連接(jiē)環室和二(èr)次裝置的(de)取🏃‍♂️壓口是(shì)管壁取壓(ya)，穿透處呈(cheng)圓形，j應在(zài)4～10mm之間.
3壓差(chà)式孔闆流(liú)量計的設(she)計計算
流(liú)量的計算(suan)公式如下(xia)：

　　w爲管道橫(heng)截面積上(shàng)流體運動(dong)的平均速(su)度，m/s；d爲孔闆(pǎn)⚽孔徑；D爲管(guan)道直徑；υ爲(wèi)流體的運(yùn)動粘性系(xi)數；L1=l1/D是上遊(yóu)取壓口到(dào)孔闆上遊(you)端面的距(jù)離除以管(guǎn)徑的商；L2′=l2′/D是(shi)下遊取壓(ya)口到孔闆(pan)下遊端面(mian)的距離除(chú)以管徑的(de)商（角接取(qǔ)壓時L1和L2′取(qu)0）；β=d/D，爲直徑比(bi)；ρ=1390kg/m3，爲過氧化(huà)氫的密度(dù)🌂；E爲漸近速(su)度🏃‍♂️系數；ε爲(wèi)膨脹系數(shù)；?p爲孔闆上(shang)、下遊側之(zhī)間的壓差(cha)；p1是上遊側(cè)壓力；k爲等(děng)🐅熵系數。
　　在(zài)已知各項(xiang)設計參數(shu)如質量流(liú)量qm、壓差?p、上(shang)遊側壓力(lì)p1及推進劑(jì)各種性能(neng)參數的情(qing)況下，代入(rù)流量計算(suàn)公式，反求(qiu)β或d，既可确(que)定孔闆的(de)尺寸。
在使(shi)用工質爲(wei)過氧化氫(qīng)時，流量計(jì)算的公式(shi)可簡化爲(wèi)：

表1是在預(yù)設的三種(zhong)設計狀态(tai)下（其餘參(cān)數已知）計(ji)算程序得(de)⛹🏻‍♀️到的孔闆(pan)結構尺寸(cùn)。

4壓差式孔(kong)闆流量計(ji)的設計驗(yan)證
　　試驗準(zhun)備階段，按(an)上述工況(kuang)2和工況3分(fèn)别計算的(de)結果制作(zuò)😍孔闆各一(yi)個，參照要(yào)求的流量(liang)，在冷調時(shi)，流量接近(jin)工況3狀态(tài)。因此，在試(shi)驗系統上(shàng)安裝這種(zhong)設計狀态(tài)的孔闆，冷(lěng)調時系統(tong)上串接一(yī)渦輪流量(liang)計♊，用它來(lái)校準孔闆(pǎn)流量計。通(tōng)過多種流(liú)量的調整(zheng)發🈲現，在小(xiǎo)流量和大(dà)流量兩種(zhǒng)狀态下工(gōng)作時，孔闆(pǎn)的流出系(xì)數差異較(jiao)大。在額定(dìng)流🍓量下進(jìn)行三次調(diào)試（額定流(liú)量接近設(shè)計流量），流(liu)出系數爲(wei)恒定值。這(zhè)樣，也進一(yī)步驗證了(le)孔闆流量(liang)計設計的(de)有效性和(he)準确性。同(tong)時，該孔闆(pǎn)流量計參(can)加了兩次(ci)過氧化氫(qīng)/煤油試驗(yan)，對該種流(liú)🌈量計結構(gou)設計的可(ke)行性也得(de)到了驗證(zhèng)。

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