摘要：論述(shù)了液體火箭發動(dong)機用過氧化氫作(zuo)爲推進劑進👣行試(shi)驗的過程中流量(liang)測量可采用的方(fāng)式。提出了壓差式(shì)孔闆流量計 測量(liàng)和角接式取壓結(jie)構在過氧化氫/煤(mei)油發動機🚶‍♀️試驗中(zhong)🌈的應用技術。針對(dui)過氧化氫/煤油發(fa)動機試💯驗中流量(liang)測量提出🌈了研究(jiū)需要解決的關鍵(jiàn)技術。
1引言
　　在過氧(yǎng)化氫/煤油發動機(ji)試驗中，因爲過氧(yang)化氫的🌍特殊性🔱質(zhì)，決👅定了試驗系統(tong)在組建時對管道(dao)、閥門等組件材料(liào)有特殊要求。又因(yīn)發動機爲擠壓式(shi)工😄作，因此，在流量(liang)♋計選材時必須🐅從(cóng)過氧化氫的相容(rong)性和強度兩方面(miàn)同時考慮。
因爲1Cr18Ni9Ti與(yǔ)過氧化氫爲二級(ji)相容，同時，它在材(cai)料方面具有很好(hao)的綜合力學性能(neng)，可用于高壓擠壓(ya)式試驗系統中。因(yīn)此在流量計選材(cai)時可采用1Cr18Ni9Ti材料。
　　在(zài)用于過氧化氫系(xì)統時，常規的流量(liàng)計有 渦輪流量計(ji) 、 靶式流量計 、質量(liang)流量計等。但其測(cè)量方式、密封形式(shi)及材質方面都因(yin)爲與過氧化氫出(chū)現不同程度的不(bu)相容現象而無法(fǎ)正常使用🈲。因此，在(zài)過氧化氫/煤油發(fā)動機試驗的研制(zhì)過程中，必須盡快(kuai)地解決流量的測(ce)量👨‍❤️‍👨問題，同時，應該(gai)盡可能提高流量(liang)計的安全性和可(ke)靠性研究工作。
孔(kǒng)闆流量計 的結構(gòu)簡單，材質方面可(ke)完全采用與過氧(yǎng)化氫相容的材🛀料(liào)👄，密封的實現也較(jiao)爲容易，同時設計(jì)壓力在選擇時無(wú)局限性。孔闆流量(liang)計在實際使用當(dāng)中，通過對☀️孔闆前(qián)、後壓力的測量來(lái)轉化成流量的測(cè)🔱量。因此壓力的獲(huo)得應力求準确，在(zai)設計📱上采用了角(jiǎo)接式取壓結構。
　　壓(yā)差式孔闆流量計(jì)适用于圓管流的(de)流量測量。在管内(nei)🧡設置🐇孔闆，當有流(liú)體流過時，在其上(shang)、下遊側之間就會(hui)産生靜壓差。在有(yǒu)關參數已知的條(tiao)件下，該靜壓力與(yǔ)流體🧡流量之⭐間有(you)确定的數值關系(xi)（詳見孔闆計算）。
2孔(kong)闆流量計的設計(jì)結構
2.1孔闆的技術(shù)要求
　　孔闆的結構(gou)如圖1所示。孔闆的(de)上遊端面應是平(ping)整的，其表面任何(hé)兩點的連線對垂(chuí)直于中心線平面(miàn)的斜‼️率應小于🏃🏻1％。此(ci)時，可忽略孔闆表(biǎo)面上不可避免的(de)、肉眼看不見的局(ju)部缺陷。在與孔闆(pan)同心的直徑不小(xiǎo)于1.5d的圓的範圍内(nèi)，應保證☁️孔闆上遊(yóu)端面的粗糙度準(zhǔn)則dRa410?≤。下遊端面應是(shì)平整的，而且平行(háng)于上遊面。

孔闆厚(hou)度E、銳孔厚度e及斜(xie)角F的确定如下：
(1)銳(ruì)孔厚度e應在0.005D和0.02D之(zhī)間，在銳孔上任何(he)點所測得的e值之(zhī)🔞間的📞差不得大于(yú)0.001D。
(2)孔闆厚度E應在e和(hé)0.05D之間，在孔闆上任(rèn)何點所測得的E值(zhí)之間的差不得大(dà)于0.001D。
(3)如果孔闆厚度(dù)E超過了銳孔厚度(du)e，則孔闆下遊應做(zuo)成傾斜面，斜面應(yīng)加工得光滑。斜面(mian)角應在30°～45°之間。
(4)邊緣(yuan)G、H、I應是尖銳的既無(wu)劃痕也無毛刺。
　　銳(rui)孔應是圓筒形的(de)，并垂直于上遊端(duān)面。孔徑d值應🍉至少(shao)取🌐四🌈個不同測量(liàng)方向直徑的平均(jun1)值。這四個直徑應(ying)按彼此大緻相等(deng)的角距離分布在(zai)幾個軸向平面内(nèi)。任何孔徑的單測(ce)值與平均⛹🏻‍♀️直徑之(zhī)差不應大于0.05％。
2.2孔闆(pǎn)流量計的安裝
　　在(zài)實際的設計當中(zhōng)，孔闆應設計爲可(kě)拆卸式結構，一種(zhong)💃孔闆不可能适應(yīng)任何工況。即在所(suo)有的工作區間，孔(kong)闆的流出系數并(bing)非恒定不變。在孔(kǒng)闆的設計區内工(gong)作時，流量的測量(liang)值可信度較高，在(zài)非設計區内工作(zuò)時，流量的測量值(zhi)可能會出現失真(zhēn)現象。按照試驗時(shí)貯箱的工作壓力(li)對法蘭進行結構(gou)🐕設計。連接形式見(jian)圖2。
　　 在使用中，孔闆(pan)結構可設計爲放(fàng)大狀态下的密封(feng)墊。兩頭采用活套(tào)法蘭結構，與管路(lu)連接，中間爲起密(mi)封作用🈲的孔闆。在(zai)孔闆的前、後分别(bie)設置取壓孔，以此(ci)獲得壓力參數。用(yòng)靠肩圈和孔闆在(zai)對接時形成的内(nèi)腔來實現取壓環(huán)的結構。
這種結構(gou)在完成有效密封(fēng)的前提下，使角接(jiē)式取🐇壓🚶結構在連(lián)接的過程中得到(dao)了實現。從而提高(gāo)了孔闆流量計安(ān)裝和使用的高可(kě)靠度要求。

2.3角接取(qǔ)壓形式
　　孔闆流量(liàng)計在實際的使用(yong)過程中，不但應實(shi)現管路的連✍️接和(he)✏️密封，同時應滿足(zú)角接式取壓結構(gòu)的設計要求❄️。
　　取壓(ya)的方式較多，将孔(kǒng)闆用于流量測量(liang)時，爲降低流⛱️量🆚的(de)測量誤差，采取了(le)角接取壓結構。角(jiǎo)接取壓的結構形(xíng)式見圖3所示。

　　取壓(yā)口的中心線與孔(kǒng)闆的相應端面之(zhi)間的間距💃等于取(qǔ)壓口直徑的一半(ban)或等于取壓口本(ben)身寬度之半，這樣(yang)，穿透管壁✌️的取壓(yā)口與孔闆兩端面(mian)正好取平。圖🐅3參數(shù)的取值如♋下：a爲環(huán)隙寬度，對任意β值(zhí)在測量清潔流體(tǐ)的流量時，1mm≤a≤10mm；C和C′爲上(shàng)遊和下遊的環的(de)長度，不應大于0.5D；f爲(wei)厚度，應大于或等(deng)于環隙寬度a的兩(liǎng)倍；g×h爲環室的橫截(jié)面積，應大于或等(děng)于連接環室🐇與管(guan)子内部的開口總(zǒng)面積的一半；j爲直(zhí)徑，連接環室和二(èr)次裝置的取👉壓口(kǒu)是管壁取壓，穿透(tou)處呈圓形，j應在4～10mm之(zhī)👌間.
3壓差式孔闆流(liu)量計的設計計算(suan)
流量的計算公式(shì)如下：

　　w爲管道橫截(jie)面積上流體運動(dong)的平均速度，m/s；d爲孔(kǒng)闆孔徑；D爲管道直(zhí)徑；υ爲流體的運動(dong)粘性系數；L1=l1/D是上遊(yóu)取壓口到孔闆上(shàng)遊端面的距離除(chu)以管徑的商；L2′=l2′/D是下(xia)遊取☎️壓口到㊙️孔闆(pan)下遊端面的距離(lí)除以管徑的商（角(jiao)接取壓時L1和L2′取0）；β=d/D，爲(wèi)直徑比；ρ=1390kg/m3，爲過氧化(huà)氫的密度；E爲漸近(jin)速度系數；ε爲膨脹(zhang)系數；?p爲孔闆上、下(xia)遊側之間的壓差(cha)；p1是🧑🏽‍🤝‍🧑🏻上遊側壓力；k爲(wèi)等🔞熵系數。
　　在已知(zhi)各項設計參數如(rú)質量流量qm、壓差?p、上(shang)遊側壓✨力p1及推進(jìn)🐪劑各種性能參數(shù)的情況下，代入流(liu)量計算公⁉️式，反求(qiú)β或d，既可确定孔闆(pǎn)的尺寸。
在使用工(gōng)質爲過氧化氫時(shí)，流量計算的公式(shì)可簡化爲：

表1是在(zai)預設的三種設計(ji)狀态下（其餘參數(shù)已知）計算程序🈲得(de)📧到的孔闆結構尺(chǐ)寸。

4壓差式孔闆流(liú)量計的設計驗證(zheng)
　　試驗準備階段，按(àn)上述工況2和工況(kuàng)3分别計算的結果(guǒ)♍制作孔闆各一個(ge)，參照要求的流量(liang)，在冷調時，流💰量接(jiē)近工況3狀态。因此(cǐ)，在試驗系統上安(ān)裝這種設計狀态(tai)的孔闆，冷調時系(xi)統上串接一渦輪(lún)流量計，用它來校(xiào)準孔闆流量計。通(tōng)過多種流量的調(diào)整發現，在小流量(liàng)和大流量兩💁種狀(zhuang)态下工作時，孔闆(pǎn)的流出系數差異(yì)較大。在額定流量(liang)下進行三次調試(shi)☔（額定流量接近設(she)😄計流量），流出系數(shù)爲恒定值。這樣☁️，也(yě)進一步驗證了孔(kong)👅闆流量計設計的(de)有效性和準确性(xing)。同時，該孔闆流量(liang)計參加了兩次過(guo)氧化氫/煤💋油試驗(yan)，對該種流🈲量計結(jié)構設計的可行👨‍❤️‍👨性(xing)也得到了驗證。

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