摘(zhai)要：論述了液(yè)體火箭發動(dòng)機用過氧化(hua)氫作爲推進(jin)劑進行試驗(yan)的過程中流(liú)量測量可采(cǎi)用的方式。提(tí)出了壓差式(shì)孔闆流量計(ji) 測量和角接(jiē)式取壓結構(gou)在過氧化氫(qīng)/煤油發動機(ji)試驗中的應(yīng)用技術。針對(duì)過氧化氫/煤(mei)油發動機試(shì)驗中流量📞測(cè)量㊙️提出了研(yán)究需要解決(jué)的關鍵技術(shù)㊙️。
1引言
　　在過氧(yang)化氫/煤油發(fā)動機試驗中(zhong)，因爲過氧化(hua)氫的特殊性(xing)質，決定了試(shi)驗系統在組(zu)建時對管道(dào)、閥門等組📧件(jian)材料有特殊(shū)要求。又因發(fā)動機爲擠壓(ya)式工作，因此(ci)，在流量計選(xuǎn)材時必須從(cong)過氧🈲化氫的(de)相容性和強(qiang)度兩方面同(tong)時考慮。
因爲(wèi)1Cr18Ni9Ti與過氧化氫(qīng)爲二級相容(rong)，同時，它在材(cái)料方面具有(you)很好的♌綜合(hé)力學性能，可(ke)用于高壓擠(ji)壓式試驗系(xì)👈統中❗。因此在(zài)流✂️量計選材(cai)時可采用1Cr18Ni9Ti材(cái)料。
　　在用于過(guò)氧化氫系統(tǒng)時，常規的流(liú)量計有 渦輪(lun)流量計 、 靶式(shì)流量計 、質量(liang)流量計等。但(dàn)其測量方式(shi)、密封形式及(ji)材質方面都(dōu)因爲🏃‍♀️與過氧(yǎng)化氫出現不(bu)同程度的不(bú)相容現♊象而(er)無法正常使(shǐ)用。因此🍓，在過(guo)氧化氫/煤油(you)發動機📧試驗(yan)的研制過程(cheng)中，必須盡快(kuài)地解決流量(liang)的測量問題(tí)，同時，應該盡(jin)可能提高流(liú)量計的安全(quan)性和可👄靠性(xìng)研究工作。
孔(kong)闆流量計 的(de)結構簡單，材(cai)質方面可完(wan)全采用與過(guo)氧化氫相容(róng)💘的材料，密封(fēng)的實現也較(jiao)爲容易，同時(shi)設計壓力在(zài)選擇時無局(jú)限性。孔闆流(liu)量計在實際(jì)使用當中🤞，通(tōng)過對孔闆前(qian)🏃🏻、後壓力的測(ce)量來轉化成(chéng)流量的測量(liang)。因此壓力的(de)獲得💋應力求(qiú)準确，在設計(jì)上采用了角(jiǎo)接式取壓結(jié)構。
　　壓差式孔(kong)闆流量計适(shì)用于圓管流(liu)的流量測量(liang)。在管♉内設♉置(zhi)孔闆，當有流(liú)體流過時，在(zài)其上、下遊側(cè)之間就會産(chan)生靜壓差。在(zài)有關參數已(yi)知的條件下(xia)，該靜壓力與(yu)流體流量之(zhi)間有确定的(de)數值關系（詳(xiang)見孔闆計算(suàn)）。
2孔闆流量計(jì)的設計結構(gou)
2.1孔闆的技術(shù)要求
　　孔闆的(de)結構如圖1所(suo)示。孔闆的上(shàng)遊端面應是(shì)平整的，其表(biǎo)面⭐任何兩點(diǎn)的連線對垂(chuí)直于中心線(xian)平面的斜率(lǜ)應小于1％。此時(shí)，可忽😘略孔闆(pǎn)表面上不可(kě)避免的、肉眼(yan)看不見的局(ju)部缺陷。在與(yǔ)孔闆同心的(de)直徑🐅不小于(yú)1.5d的✌️圓的範圍(wéi)内，應保證孔(kong)闆上遊端面(mian)的粗糙度準(zhǔn)則dRa410?≤。下遊端面(mian)應是平整的(de)，而且平行于(yú)上遊👈面。

孔闆(pǎn)厚度E、銳孔厚(hòu)度e及斜角F的(de)确定如下：
(1)銳(rui)孔厚度e應在(zài)0.005D和0.02D之間，在銳(ruì)孔上任何點(diǎn)所測得的e值(zhi)之🎯間🐇的差不(bú)得大于0.001D。
(2)孔闆(pǎn)厚度E應在e和(he)0.05D之間，在孔闆(pǎn)上任何點所(suǒ)測得的E值之(zhi)🍉間的差不得(dé)大于0.001D。
(3)如果孔(kong)闆厚度E超過(guò)了銳孔厚度(dù)e，則孔闆下遊(yóu)應做🛀成傾斜(xie)面👨‍❤️‍👨，斜面應加(jia)工得光滑。斜(xie)面角應在30°～45°之(zhī)間。
(4)邊緣G、H、I應是(shì)尖銳的既無(wu)劃痕也無毛(máo)刺。
　　銳孔應是(shì)圓筒形的，并(bing)垂直于上遊(you)端面。孔徑d值(zhi)應至少取四(si)個㊙️不同測量(liàng)方向直徑的(de)平均值。這四(sì)個直徑應按(an)彼此大緻🏃‍♀️相(xiàng)等❤️的角距離(li)分布在幾個(ge)軸向平面♍内(nei)。任何孔徑的(de)單測值與平(píng)均直徑之差(chà)不應大于0.05％。
2.2孔(kǒng)闆流量計的(de)安裝
　　在實際(ji)的設計當中(zhong)，孔闆應設計(jì)爲可拆卸式(shì)結構，一🔴種孔(kong)💁闆不可能适(shì)應任何工況(kuang)。即在所有的(de)工作區間，孔(kong)闆的流出系(xi)數并非恒定(ding)不變。在孔闆(pan)的設計區内(nei)工作時，流量(liàng)的測量值可(kě)信度較高，在(zai)非設計區内(nei)工作時，流量(liàng)的測量值可(ke)能會出現失(shi)真現🤞象。按照(zhào)試驗時貯箱(xiāng)的工作壓力(li)對法💁蘭進行(háng)結構設計。連(lian)接形式見圖(tú)2。
　　 在使用中，孔(kong)闆結構可設(she)計爲放大狀(zhuàng)态下的密封(fēng)💚墊。兩頭采用(yong)活套法蘭結(jié)構，與管路連(lián)接，中間爲起(qi)密封作用的(de)孔㊙️闆。在孔闆(pan)☁️的前、後分别(bie)設置取壓孔(kǒng)，以此獲🔆得壓(yā)力參數。用靠(kào)肩圈和孔闆(pǎn)在對接時形(xing)成的内腔❤️來(lai)實現取⚽壓環(huán)的結構。
這種(zhong)結構在完成(chéng)有效密封的(de)前提下，使角(jiao)接式取壓結(jie)構在🐅連接的(de)過程中得到(dao)了實現。從而(er)提高了孔闆(pǎn)流量計安裝(zhuāng)和使用的高(gāo)可靠度要求(qiú)。

2.3角接取壓形(xing)式
　　孔闆流量(liang)計在實際的(de)使用過程中(zhōng)，不但應實現(xian)管路的連接(jie)和密封，同時(shi)應滿足角接(jie)式取壓結構(gou)的設計要求(qiu)👨‍❤️‍👨。
　　取壓的方式(shi)較多，将孔闆(pǎn)用于流量測(ce)量時，爲降低(dī)流量的測量(liang)誤差，采取了(le)角接取壓結(jié)構。角接取壓(ya)📐的結構形式(shì)見圖3所示。

　　取(qǔ)壓口的中心(xin)線與孔闆的(de)相應端面之(zhī)間的間距🌏等(děng)于🌐取壓口直(zhi)徑的一半或(huo)等于取壓口(kǒu)本身寬度之(zhī)半，這樣，穿透(tou)管壁的取☂️壓(ya)口與孔闆兩(liang)端面正好取(qǔ)平。圖3參數的(de)取值如🌐下：a爲(wèi)環隙寬度，對(duì)任意β值在測(ce)量清潔流體(tǐ)的流量時，1mm≤a≤10mm；C和(he)C′爲上遊和下(xia)🌍遊的環的♻️長(zhang)度，不應大于(yú)0.5D；f爲厚度，應大(dà)于或等于環(huan)隙寬度a的😘兩(liang)倍；g×h爲環室的(de)橫截面積，應(ying)大于或等于(yú)連接環室♌與(yǔ)管子内部的(de)開🔴口總面積(ji)的一半📱；j爲直(zhí)徑，連接環室(shì)和二次裝置(zhi)的取壓口是(shì)管壁取壓，穿(chuān)透處呈圓㊙️形(xing)，j應在4～10mm之間.
3壓(yā)差式孔闆流(liú)量計的設計(ji)計算
流量的(de)計算公式如(rú)下：

　　w爲管道橫(héng)截面積上流(liu)體運動的平(píng)均速度，m/s；d爲孔(kong)闆孔徑；D爲管(guan)道直徑；υ爲流(liu)體的運動粘(zhan)性系數；L1=l1/D是上(shàng)遊取壓口到(dao)孔闆上遊端(duān)面的距離除(chú)以管徑的商(shang)；L2′=l2′/D是下遊取壓(ya)口到孔闆下(xià)遊端面的距(ju)離🆚除以管徑(jing)的🌈商（角接取(qu)壓時L1和L2′取0）；β=d/D，爲(wei)直徑比🤟；ρ=1390kg/m3，爲過(guo)氧化氫的密(mì)度🏃；E爲漸近速(sù)度系數；ε爲膨(péng)脹系數；?p爲孔(kong)闆上、下遊側(cè)之間的壓差(cha)；p1是上遊側壓(ya)力；k爲等熵系(xi)數。
　　在已知各(ge)項設計參數(shu)如質量流量(liàng)qm、壓差?p、上遊側(ce)壓💚力p1及推進(jìn)劑各種性能(néng)參數的情況(kuang)下，代入流量(liang)計算公式，反(fǎn)求β或d，既可确(que)定孔闆的尺(chǐ)寸。
在使用工(gong)質爲過氧化(hua)氫時，流量計(jì)算的公式可(kě)簡🐅化爲：

表1是(shi)在預設的三(san)種設計狀态(tài)下（其餘參數(shu)已知）計算程(cheng)序得到的孔(kong)闆結構尺寸(cùn)。

4壓差式孔闆(pǎn)流量計的設(she)計驗證
　　試驗(yan)準備階段，按(an)上述工況2和(he)工況3分别計(ji)算的結果制(zhì)作孔闆各一(yī)個，參照要求(qiu)的流量，在冷(lěng)調時，流🈲量接(jiē)近工況3狀态(tai)。因此，在試驗(yan)系統上安裝(zhuāng)這種設計狀(zhuang)态的孔闆，冷(leng)調時🏃🏻系統上(shàng)串接一渦輪(lun)流量計，用它(ta)來校準孔闆(pǎn)流量計。通過(guò)多種流量的(de)調整發✉️現，在(zài)小流量和大(da)流量兩種狀(zhuàng)态下工作時(shi)，孔闆的🌈流出(chu)系數差⭐異較(jiào)大。在額定流(liu)量下進行三(san)次調試（額定(dìng)流量接近設(she)計流量），流出(chū)系數爲恒定(ding)值。這樣，也進(jin)一步驗證了(le)孔闆流量計(jì)設計的有效(xiao)性和準确性(xing)。同時🏃‍♂️，該孔闆(pǎn)流量計參加(jia)了兩次過氧(yang)化氫/煤🔞油試(shi)驗，對該種流(liu)量計結構設(shè)計的可行性(xing)也得到👉了驗(yàn)證。

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