国防科技大学学报箜垫鲞箜塑』些些垦婴堡丛————一Vo1．28—No—．4—20—06文章编号：1001—2486(2006)O4一OOO6—04低温流量控制系统试验研究陶玉静，田章福，王振国(国防科技大学航天与材料工程学院，湖南长沙410073)摘要：低温可调汽蚀文氏管是低温流量控制系统的关键部件，本文选用步进电机控制调节针锥的位移。通过大量冷态试验，在大范围变化工况、变化喉部面积及变化背压条件下，利用水对低温流量控制系统进行研究，得到了流量系数、压力恢复系数的变化规律。利用液氧标定，对冷态试验结果进行修正。并将低温流量控制系统用于三组元模型发动机热态试验中，成功实现了流量调节和工况转换。关键词：低温；可调汽蚀文氏管；冷试；热试中图分类号：V433．9文献标识码：AExperimentStudyoftheMassFlowControlSystemTAOYu—jing．11ANZhang-fu．WANGZhen—guo(CollegeofAerospaceandMaterialEngineering，NationalUniv．ofDefenseFechnology．Chan~ha410073，China)Abstract：ThrottlingVenturiforcryogenicpropellantsisthekeycomponentofthemassflowcontrolsystem．ThestepmotorWaSusedtocontrolfiledisplacementofthetaperedrod．Andwaterisusedincoldtest．rt~oughctmng~ngoperatingconditions，fluoatareaandbackpress~e，thechangeruleofdisctmrgecoeficientandpress~erecoveryfactorwerefoundThenliquidoxygenwasusedtomodifytheresultsofcoldtest．Themassflowcontrolsystemwasusedinfiringtestoftripropelantmodelenone，whichshowsthesystemcancontrolthemassflowofliquidoxygenaccuratelyandchangetheoperatingconditionssuccesfully．Keywords：cryogenic；t|u~otthngventuri；coldtest；firingtest流量控制系统通常由流量调节元件和控制执行元件组成。常用的流量调节元件是汽蚀文氏管，它的应用十分广泛，如流体的流量控制与测量卜，文氏管除尘洗涤器，发动机系统推进剂流量与组元比控制等。而控制元件通常选用电液控制结构，其结构复杂，且精度不高。目前，这种基于常温可调汽蚀文氏管以及电液控制结构的流量控制系统已经得到了广泛研究，但对用于低温特别是深冷液体的流量控制系统却鲜有报道。利用低温推进剂的高性能发动机，特别是三组元发动机，工况转换时，低温推进剂流量的大范围精确调节；以及发动机试验中，为了提高试车效率，-一次试验中完成多个工况，都需要用到低温流量控制系统。本文对低温流量控制系统，特别是用于液氧流量调节的流量控制系统进行了研究。首先通过大量冷态试验，在大范围变化工况、变化喉部面积及变化反压条件下，利用模拟介质水对低温流量控制系统进行研究，得到了流量系数、压力恢复系数的变化规律。然后，利用液氧冷流标定的结果，对冷试结果进行修正。最后，将基于液氧低温可调汽蚀文氏管的流量控制系统用于三组元模型发动机热态试验中，成功实现了流量调节和工况转换。1冷态试验研究冷试试验系统如图1所示。低温流量控制系统由低温流量调节元件和控制执行元件组成。本文采用作者设计的低温可调汽蚀文氏管作为流量调节元件，具体设计思路和设计过程参见文献[11]；采用可编程控制器驱动的步进电机作为控制机构，其结构简单，且控制精度高。选取水作为工质，试验过程中，收稿日期：2006—02—26基金项目：国家863高技术资助项目(2o03A^7220l1)作者简介：陶玉静(1977～)，女，博士生陶玉静，等：低温流量控制系统试验研究通过水箱提供稳定的水流，同时由总气源提供稳定的水箱压力。通过控制器控制步进电机转动，进而控制文氏管针锥的移动。通过数据采集系统采集水箱压力、水流量、文氏管入口压力及背压。压力恢复系数、流量系数是评价可调汽蚀文氏管工作性能优劣的重要参数。试验的主要目的就是得到流