一种流量脉动发生系统及调节方法与流程

本发明涉及脉动发生器，具体涉及一种流量脉动发生系统及调节方法。

背景技术：

1、喷注器是液体火箭发动机的关键组件之一，喷注器入口集液腔与推进剂供应系统相连，出口与燃烧室相连，通过控制喷注器的喷注压降和推进剂流量可以完成推进剂的混合、雾化以及喷射等功能。但是喷注器在使用时，推进剂供应系统和燃烧室中的振荡将会直接或间接影响喷注器的流量变化，使喷注器产生的喷雾脉动，这可能造成火箭发动机工作过程的不稳定。为了研究液体火箭发动机喷前脉动与推力室室压振荡对燃烧不稳定性的影响，需要在试验中模拟喷前与喷后的流量或压力脉动。

2、目前用于模拟喷前与喷后的流量或压力脉动的设备为脉动发生器，常用的有柱塞式脉动发生器、球阀式脉动发生器、套筒式脉动发生器以及轮盘式脉动发生器。其中，柱塞式、球阀式以及套筒式受限于自身结构，不能产生较高频率的流量脉动，轮盘式脉动发生器可以产生较高频率的流量脉动，但是其产生的是单路周期性脉动，并且传统轮盘式脉动发生器不设置反馈装置，脉动的频率与振幅无法独立反馈，也就无法通过反馈进行脉动的连续调节。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有脉动发生器不能提供多路脉动，脉动的频率与振幅无法独立反馈，不能通过反馈进行脉动连续调节的问题，而提供一种流量脉动发生系统及调节方法。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供了如下技术解决方案：

3、一种流量脉动发生系统，其特殊之处在于：包括脉动流量发生器、电机、频率控制单元、幅值控制单元、供液管路以及工装；

4、所述脉动流量发生器包括外壳、转盘主轴、引流接头以及转盘组件；所述转盘主轴转动装配在外壳的中心通孔内，所述电机的输出端与转盘主轴连接；所述转盘组件包括开孔转盘和传感器，所述开孔转盘位于外壳内且同轴连接在转盘主轴上，开孔转盘上沿径向开设有n个通孔，n个通孔沿圆周方向均布设置，在开孔转盘上沿径向开设有传感器信号孔，传感器的接收端与发射端分设在外壳两侧，且对应于传感器信号孔设置；

5、所述引流接头有多个且设置在外壳远离电机的一侧，在外壳靠近电机一侧的底部位置设置有泄流孔，每个引流接头中心沿轴向开设有中心引流孔，且引流接头的一端伸入外壳内与开孔转盘可滑动抵接，中心引流孔与通孔对应设置；

6、所述供液管路数量与引流接头数量相同，每个供液管路分别与工装上各个输入口连接，且每个引流接头通过引流管路与对应的供液管路连接，在每个引流管路上均设置有电磁流量调节阀；

7、所述工装上对应于各供液管路分别设置有脉动压力传感器，所述幅值控制单元的输入端与各脉动压力传感器电连接，输出端与各电磁流量调节阀电连接；所述频率控制单元的输入端与传感器的接收端电连接，输出端与电机电连接。

8、进一步地，所述引流接头设置有两个，包括第一引流接头与第二引流接头；所述供液管路设置有两个，包括第一供液管路和第二供液管路，所述工装上的输入口包括与第一供液管路连接的第一输入口以及与第二供液管路连接的第二输入口，所述引流管路包括连接第一引流接头与第一供液管路的第一引流管路以及连接第二引流接头与第二供液管路的第二引流管路；所述电磁流量调节阀包括设置在第一引流管路上的第一电磁流量调节阀以及设置在第二引流管路上的第二电磁流量调节阀，所述脉动压力传感器包括对应于第一供液管路设置的第一脉动压力传感器以及对应于第二供液管路设置的第二脉动压力传感器。

9、进一步地，所述第一引流接头与第二引流接头的结构相同，均包括连接套筒、焊接直通、弹簧、弹簧挡块以及滑块；

10、所述外壳上设置有螺纹孔，连接套筒与螺纹孔连接，连接套筒中心沿轴向开设有第一引流孔，所述滑块与弹簧位于第一引流孔内，且滑块的外端面与弹簧一端抵接，内端面与开孔转盘抵接；滑块中心沿轴向开设有对接孔，对接孔与通孔对应设置；连接套筒的外端中心设置有第一安装槽，所述弹簧挡块位于第一安装槽内，且弹簧另一端与弹簧挡块抵接，弹簧挡块中心沿轴向开设有第二引流孔；弹簧挡块的外端中心设置有第二安装槽，所述焊接直通位于第二安装槽内且与弹簧挡块焊接连接，焊接直通中心沿轴向开设有第三引流孔，所述第一引流孔、第二引流孔、第三引流孔以及对接孔组成中心引流孔。

11、进一步地，所述外壳包括前壳体与后壳体，前壳体与后壳体沿径向拼接面拼接形成外壳；所述第一引流接头与第二引流接头设置在后壳体上，所述泄流孔设置在前壳体上；前壳体与后壳体中心均开设有轴孔，在后壳体外侧中心对应于轴孔开设有轴承安装槽，其内安装有第一轴承，在后壳体外侧面上对应于第一轴承设置有第一轴承盖板；在前壳体外侧中心对应于轴孔开设有轴承安装槽，其内安装有第二轴承，在前壳体外侧面上对应于第二轴承设置有第二轴承盖板，所述转盘主轴分别与第一轴承和第二轴承转动连接。

12、进一步地，所述转盘主轴上套设有密封圈，所述密封圈包括第一密封圈和第二密封圈，第一密封圈位于后壳体内侧开设的密封圈安装槽内，第二密封圈位于前壳体内侧开设的密封圈安装槽内，第一密封圈与第二密封圈均为泛塞密封圈。

13、进一步地，所述开孔转盘包括环形转盘本体以及转盘底座，所述通孔沿圆周方向均布设置在环形转盘本体上，所述传感器信号孔设置在转盘底座上，转盘主轴上设置有连接环，转盘底座与连接环通过螺栓连接，在转盘底座上开设有环形槽，所述环形转盘本体设置在环形槽内并且环形转盘本体通过销钉与转盘底座连接，在环形槽槽底对应于通孔位置设置有过孔。

14、进一步地，所述环形转盘本体为聚四氟乙烯材质。

15、本发明还提供了一种流量脉动调节方法，采用上述的流量脉动发生系统，其特殊之处在于：包括以下步骤：

16、s1：向频率控制单元输入需求扰动频率fr0；

17、s2：频率控制单元根据输入的需求扰动频率fr0计算得出频率扰动电压u0；

18、s3：频率控制单元控制电机在频率扰动电压u0下带动开孔转盘转动，通过传感器检测到实际扰动频率fr，fr＝v×n/60；其中：n为开孔转盘上通孔个数，v为电机的转速；

19、s4：将需求扰动频率fr0与检测到的实际扰动频率fr相减，若得到的绝对值小于等于频率精度要求ε1，则执行s6；若是大于频率精度要求ε1，则执行步骤s5；

20、s5：将需求扰动频率fr0与检测到的实际扰动频率fr相比，若是检测到的实际扰动频率fr小于需求扰动频率fr0，则返回步骤s3，并增大频率扰动电压u0；若是检测到的实际扰动频率fr大于需求扰动频率fr0，则返回步骤s3，并减小频率扰动电压u0；

21、s6：固定当前频率扰动电压u0，完成脉动频率的反馈调节；

22、s7：向幅值控制单元内输入需求幅值a0；

23、s8：幅值控制单元根据输入的需求幅值a0计算得出幅值扰动电压u1；

24、s9：幅值控制单元以幅值扰动电压u1控制电磁流量调节阀调节开度大小；

25、s10：工装上的脉动压力传感器检测到的脉动压力传输到幅值控制单元中，得到扰动主频幅值a；

26、s11：将扰动主频幅值a与需求幅值a0相减，若是得到的绝对值小于等于幅值精度要求ε2，则执行s13；若是大于幅值精度要求ε2，则执行步骤s12；

27、s12：将需求幅值a0与检测到的扰动主频幅值a相比，若是扰动主频幅值a大于需求幅值a0，则返回步骤s9，并减小幅值扰动电压u1，继而减小电磁流量调节阀开度；若是扰动主频幅值a大于需求幅值a0，则返回步骤s9，并增大幅值扰动电压u1，继而增大电磁流量调节阀开度；

28、s13：固定当前幅值扰动电压u1，完成脉动幅值的反馈调节。

29、进一步地，步骤s10中，扰动主频幅值a经过傅里叶变换得到。

30、进一步地，步骤s9具体为：幅值控制单元控制电磁流量调节阀上用于调节电磁流量调节阀开度大小的步进电机在幅值扰动电压u1下步进转动。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

32、(1)本发明提供的一种流量脉动发生系统包括脉动流量发生器、电机、频率控制单元、幅值控制单元、供液管路以及工装，为实现多路脉动，供液管路设置有多条，供液管路与工装连接，且在脉动流量发生器上对应于供液管路设置有引流接头，每个引流接头通过引流管路与对应的供液管路连接，当需要提供流量脉动时，电机带动开孔转盘转动，若引流接头的中心引流孔与开孔转盘上的通孔连通，则形成通路，若不连通，则形成断路，从而在引流管路内形成周期性流量变化，进而传递到对应的供液管路内形成相同频率的周期性震荡，通过传感器检测实际扰动频率，并将其传入频率控制单元处理，处理后完成后频率控制单元根据结果对电机转速进行控制，完成频率的反馈调节；脉动压力传感器检测对应供液管路的脉动压力并将其传入幅值控制单元处理，处理完成后幅值控制单元根据结果对电磁流量调节阀的开度进行控制，进而影响对应供液管路内的脉动振幅，完成振幅的反馈调节。

33、(2)本发明提供的一种流量脉动发生系统中的第一引流接头与第二引流接头结构相同，均包括连接套筒、焊接直通、弹簧、弹簧挡块以及滑块，其中滑块因为弹簧弹性力的作用，可以在连接套筒的第一引流孔内沿轴向运动，通过弹簧的弹性力使滑块的内端面与开孔转盘可滑动抵接，避免硬接触导致开孔转盘在高速转动时卡死，一定程度降低了开孔转盘转动过程中的摩擦力，同时也防止因为滑块与开孔转盘接触间隙过大而导致漏液。

34、(3)本发明提供的一种流量脉动发生系统中在转盘主轴上套设有第一密封圈和第二密封圈，第一密封圈位于前壳体内侧开设的密封圈安装槽内，第二密封圈位于后壳体内侧开设的密封圈安装槽内，第一密封圈与第二密封圈均为泛塞密封圈，这种密封圈的特性是当内部压力越高，两个密封圈与转盘主轴接触越紧密，这使得整个密封效果更好。