QJ 1783-1989 液体火箭发动机气蚀文氏管通用规范.pdf

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1、a.J 中华人民共和国航天工业部部标准QJ 1783-89 液体火箭发动机气蚀文氏管通用规范1989-05-10发布1989-12-01实施中华人民共和国航天工业部发布中华人民共和国航天工业部部标准QJ 1783-89 液体火箭发动机气蚀文氏管通用规范1 主题内容与适用范围本标准规定了气蚀文氏管(以下简称气蚀管)设计.制造、试验基本技术要求.本标准适用于液体火箭发动机气蚀管，其它气蚀管也可参照.2技术要求2. 1 几何型面的构成几何型面由人口段、喉部工作段扩压段三部分构成，如图1、图2所示.A 图l喉部无直线段气蚀管AA一人口段:AB一喉部工作段;BC一扩压段.回2喉部有直线段气蚀管AA一人口

2、段:AB喉部工作段;BC一扩压段(BB为直线段，BC为扩胀段) A点是圆0和AA线的切点.B点是圆0和平行轴线的水平线BB的切点.B 是因0和BC线的切点.圆0圆心应处在由AA和BC两直线见图1).A A 和BB两直线(见图2)组成的角的分角线上.喉部工作段常以圆弧造型，也可以椭圆弧或其它曲线弧段造型-2. 2 内型面的几何特征以喉部工作段的圆弧造型为例，气蚀管内型面的几何参数如图3所示.航天工业部1989-05-10批准1989-12-01实施QJ 1783-89 A L , 图3气蚀管喉内型面圄3中-4 喉部直径，加叫D，一人口段和革统管道对接直径.mm;D, 扩压段和系统管道对接直径.m

3、m;一入口角.(); .，一出口角，也叫扩压角.(0); L，一人口段轴向*度.mm; 乌扩压段轴向任度.mm; L 喉部工作段长度.mm , R-喉部工作段圆弧造型圆半径.mm. C d, , 如果人口段和扩压段采用曲线弧段造型，人口角和扩压角将重新定义.但最常见的则是人口段和扩压段用直线造型，喉部工作段用圆弧造型，喉部有直线段和元直线段的气蚀管都常采用.2. 3 流量设计申的几何相似参数如果气蚀管内型面几何尺寸不同，在流量设计中宫口之间的几何相似参数为.t:ll =常数飞 .(1) (R/ dJ常数J几何相似参数是气蚀管流量设计、试验数据整理归纳及分析比较的最重要理论依据之2 QJ 178

4、3-89 2.4性能，鼓2. 4. 1流量计算公式qEEA，20.4(P，-P .,)p (2) 式中。p酣-流体在当时当地的饱和蒸汽压强.MPa; qm -在气蚀条件下的质量流量.kgl s; 一流量系数，A，一喉部截面面积，m2，p一人口段对接管道上的液体静压强.MPa; p-液体介质密度，kgl m. 流量计算中，决定的因素是的选择，它取决于流量设计中的几何相似参数-2. 4. 2几何相似气蚀管及其流量系数的选择如果尺寸不同的气蚀管保持RI d，常数叫=常数同时DI d，常数那么，气蚀管喉部不管有无直线段，扩压角句不论大小(理论上。盹P，回归时，流量将减小.对应于这种状态时的气蚀管处于初

5、始气蚀状态.此时的Poo阳为初始气蚀出口压强.2. 4. 4气蚀裕度3 QJ 1783-89 计算公式. = (-.o.) . (4) 式中P. -p .=-王x 10/0 . .(5) 而P。一气蚀管在过渡气蚀条件下，在扩压段出口对接管处测量的液体静压强，MP. 所谓过渡气蚀，即保持气蚀管人口压强不变，当Po6; .,=9 , (L,ldJ7.5; 但，=7，(L,ld,)9. 吨和吨数值确定后，1.，数值也就确定.一般情况下，气蚀管出口直径小于与系统管道的对接直径.此时可在扩压段出口衔接处采取(60-90)喇叭口过渡到系统管道4 QJ 1783-89 上，但相对损失要增加.当及D，确定后，

6、气蚀管扩压段出口直接与罩统管道对接(对接直径相同).这是最理想的.此时L，的长度将超出上述数值范围，但相对损失略有降低.2. S. S入口段轴向长度L1:、d，、D，数值确定后L，数值也随之确定-2. S. 6 喉部直线段长度L:饵1d,)=0.5- Ul. d，数值确定后.1也随之确定-2.6最大流量系鼓气蚀管性能设计2. 6. 1 最大流量系数气蚀管，如果气蚀管喉部工作段几何型商和液体通过喉部工作段时的流线外轮廓线吻合一致，此时气蚀管流量系数最大.该气蚀管定义为最大流量系数气蚀管.2. 6. 2最大流量系数气蚀管流量设计中的几何参数叫=350_450 Rld,=2.5-3.5; d,1 D

7、,=2.4-4. 2. 6. 3最大流量系数气蚀管流量系数如果.，=400-450(RI吨)=2.5-3.0. (D,I d,) = 3.2-4.贝=0.95-0.965;如果叫=350- 40 0 (R/ dJ=3.0- 3.5. (D，/吨)=2.5-3.2.Jiltl= 0.965-0.985. 2. 6. 4最大流量系数气蚀管(R/ d，)的变动范围.如果(R/ d，)在其数值(;:15%)范围内变动，当和(D，/ dJ不变时，气蚀管流量革数变动很小，可视为常数.这是靠模机加工和电铸气蚀管流量可以通过改变喉部直径的办法，来实现对设计流量进行小范围内的调整.这时靠模样板不作变动.2. 6

8、. S 最大流量系数气蚀管性能设计中其它各项技术规范同2.5节-3 制造及结构设计的-般技术要求3. 1 内型面成型方法3. 1. 1 电铸法3. 1. 1. 1 电铸成型法适用于喉部直径dt9mm气蚀管.3. 1. 1.2 电铸用芯轴材料硬铝或防锈铝.芯轴成型法气蚀管芯轴用样板在仿型车床上靠模加工.样板图可按气蚀管内型面实际尺寸，用透明纸放大50倍.然后将透明纸放在光学磨床上加工靠模样板.样板材料应耐磨防锈.样板图制作尺寸公差要求如图4所示.这里仅对喉部无直线段气蚀管放大50倍样板图公差作规定.、A、B都是实际数值，放大50倍后，它们的公差也相应放大50倍.喉部有直线段气蚀管样板图制作公差按

9、图4.用靠模样板加工的铝芯轴公差检验，主要是对喉部直径作规定.按流量精度要求规定d,;: O.02mm.芯轴其它尺寸公差不作检验，由样板保证.满足上述公差要求的芯轴是合格的，可用于电铸.3. 1. 1. 3 电铸镰气蚀管应作相容性试验，以鉴定该材料和工作介质的相容性.材料的静态相容性试验还不足以说明流动状态时的情况，因此应做到以下各点:a. 首先应做材料的静态相容性试验，确定腐蚀速率;5 b. 确认腐蚀速率满足设计要求后.经实际工作考核，而后再进行流量试验，将该试验数据和实际工作考核前的液流试验数据对比，流量相对变化量应不大于0.5%时，才确认该材料的腐蚀速率在此种介质实际工作中是可行的.C.

10、 在静态浸泡相容性试验中，气蚀管内型面出现灰白色失去光泽，可以断定是不相容的.QJ 1783-89 mHOD钊闺1，土0.015，土5 d, ，土5样板图尺寸3. 1. 2靠提机加工法3.1. 2.1 靠模机加工成型，适用于喉部直径t!，9田m气蚀管.3. 1. 2. 2 靠模用样板制作应符合电铸成型法样板制作的有关规定-3. 1. 2. 3靠模长度有两种第-种:气蚀管人口段和喉部工作段及小部分扩压段采用靠模加工.而大部分扩压段采用普通机加工.这样在交界处有相交钱，扩压段不平直，但不影响流量.第二种.扩压段、喉部工作段采用靠模机加工，人口段用普通机加工，其衔接部位也不很平滑，但也不影响流量-3

11、.1.2.4靠模机加工成型可适用各种材料，根据实际工作要求气蚀管材料可自选-3. 1. 3普通机加工法即车一钻一车-钱法这种成型法不能保证设计要求，特别是喉部工作段的型面尺寸，很难通过对喉部直径的变动以对流量进行小范围内的调整.此法一般都要经过反复修复，反复试验才可获得一个合格晶.所以只适用于单件、小批量生产.3.2 气饱曾和系统管道联接结构设计3. 2. 1 电铸气蚀管的联接结构设计要求3.2.1.1 电铸气蚀管本身不能作为联接的受力构件，或撑力的构件.图46 QJ 1783-89 3.2. 1. 2 电铸气触管采用三种结构形式第一种:热压法.电铸件外有一个外套，外套有联接部位和系统对接.将

12、外套加热，再将电铸件压人外套.这种压入法简单可靠，不需要有密封措施.第二种:嵌入法.将电铸件嵌入系统管道上的安装座上.嵌入是滑配合或过渡配合，应有密封措施和防松动措施.3. 2. 1靠模机加工气蚀管和普通机加工气蚀管联接结构设计要求对于尺寸较大的气蚀管其连接部分直接设计在气蚀管的两端，联接部份和气蚀管是一体，用法兰和密封圃进行连接和密封.气蚀管直接作为受力构件.对于尺寸校小的气蚀管，可用球头、喇叭口的联接密封形式.但这种联接形式对气蚀管人口段工作影响较大，随机性较强，一般还是采用嵌入法和热压法为好.3. 2. 3对气蚀管人口系统管道内径的要求:一般情况下取(D1/=2.5-4.0.在特殊情况下

13、，如喉部直径为(1-2)mm，甚至喉部直径更小的气蚀管，应取(D1/ d,) = 5-10.对于嵌人系统管道安装座的气蚀管，还可以将(D1/吨)值取得更大些.3. 3 建议采用暇部有直线段的内型面造型a. 对于电铸成型法.芯轴加工时，喉部直径便于直接测量.而无直线段气蚀管芯轴还须经投影测量，b. 喉部有直线段气蚀管，在初始气蚀时，较无直线段气蚀管更稳定，因而相对损失测量的随机误差要小，c. 采用普通机加工成型时，喉部有直线段气蚀管反复修复、反复试验次数要少-4气蚀管的试验4. 1 气蚀管冷试验介质冷试验介质为经过过滤的自来水.试验时水温不超过30t.4. 2 试验系统4. 2. 1 系统形式挤

14、压式系统J适用于流量为(3-4)kg闭，试验时间较短，每次试验产品数量较少的冷试验.试验用水不循环使用.泵压系统适用于流量较大、试验时间较长，每次产品数量较多的冷试验.试验用水循环使用.4. 2. 2 系统蝇计的要求a. 泵压试验系统应配有稳压装置;b. 气蚀管进、出口压强测量点，应位于离对接面3-5倍系统管道直径的地方，c.对于闭式循环系统，系统管道应有足够的长度，确保进入气蚀臂的水不出现气泡;d. 流量测量装置应放在直管段上，流量计直管段长度应为5-10倍系统管道直径.必晏时流量计前应有整流装置.4. 2. 3试验系统压强和流量测量精度的监视方法7 QJ 1783-89 4. 2. 3.

15、1 压强测量.压力表测量精度应符合设计提出的要求.压力表应定期校核.校核周期应符合有关规定.4. 2. 3. 2 流量测量:系统流量测量精度的监视方法可采纳两种办法:a. 测量系统应备有三个以上的标准气蚀管，用该系统标定好标准气蚀管流量及该气蚀管流量偏差范围.每次产品试验前，用标准管校验系统，应保证三个气蚀管流量数值都应在流量偏差范围内;b. 每次产品试验前对流量计重新校核试验，直接在系统用秤重法进行.前后两次校核的问隔时间，由试验人员规定.这两种监视方法也可交替使用.4. 2. 4 标准气蚀哥流量标定法标准气蚀管流量必须在产晶试验系统上标寇;标定好流量，包括给出系统流量测量的随机误差的气蚀管

16、，用来监视系统可能出现的较大流量测量随机误差;标准气蚀管应和产品气蚀管同一结构状态.以常用的差压孔板流量计测试系统为例，作以下具体规定:设气蚀管入口压强为凡，可以取9个点以上的奇数压强点两压强点之间数值之差可在(0，05-0.1)MPa. 在对应的人口压强下，可测量到差压孔板流量计高度值矶，此时首先求气蚀管流量:q.=.，. (6) 式中:一孔板革数流量计校核时给定.再按(2)式求P.所对应的气蚀管流量罩数Pj.按下式求平均流量系数:-F甘-nzur (7) 式中:n一所测压强点数量.按下式求平均人口压强Pr:LP. P =!:.L.一n ) 8 ( 将P.数值代人(1)式，求出平均流量弘.则

17、孔板流量计的差压高度平均值为q_ , H=(.阶测量系统流量的随机误差(亦叫再现性偏差为.8 QJ 1783-89 一一一一-J主(豆一旷/ (3，1 -二L一-一一/再)x 1% .il0) 飞、n一1飞，) l l ( 亟二=豆豆qm 此时孔板高度随机误差为dH d二一百c2二兰且x 1% n qm 标准气蚀管在孔板流量计测量系统中的流量标定应为.如果产品气蚀管试验前，用标准管试验，在给定压强值P，时，所得差压计高度数值H满足 (13) Hm旭:;H:;Hmu.则测量系统是稳定的，其设计满足流量测量精度要求-4. 2. 5标准管的使用时间一旦标准管试验不通过，属标准管本身的问题应及时更换标

18、准管，重新标定.属系统原因，应排除系统故障后，所有标准管重新标定.标准管的使用时间应由经验确定.4.3气饱管冷试验结果换算4. 3. 1换算条件.水的密度为1Okg/m，气蚀管在水中和介质中工作的流量系数不变，喉部面积不9 变.QJ 1穗3-894. 3. 2 换算公式:将冷试结果换算到工作介质状态，得K (P IW_ -Pw,)pw -mol , qm. .皿4式中:P.,. 水的饱和蒸汽压强.MPa; P1W 水力试验气蚀管人口压强MPai qmw -在P1W压强下对应的水流量kg/ s; P.-工作介质密度.kg/ ml; ，一试验水的密度，kg/m3j K.一气蚀管在工作介质中的使用系

19、数-4. 3. 3 在介质工作中气蚀管应满足P.一P.(14) KM=一旦了一旦. .(15) q m 式中:PIm 气蚀管在介质工作中的人口压强，MPa; Pm. 介质饱和蒸汽压强.MPai q皿介质质量流量.kg/ s. 使用中若给出Kmod.PIm、Pm.数值.由(15)式便可确定工作介质流量-4. 4气蚀管相对损失测定法4. 4.1 .进程调节测定法人口压强为某一定值，出口压强调至接近但小于人口压强，随后逐渐降低出口压强，直到出现初始气蚀为止.这就是不气蚀-初始气蚀的进程调节法，此时记录气蚀管的进、出口压强-4.4.2 .回程调节测定法人口压强为某一数值，出口压强调至大大低于人口压强，随后逐渐增加出口压强，直到出现初始气蚀为止.这就是过气蚀-初始气蚀的国程调节法.此时记录气蚀管的进、出口压强。4.4.3 .进程调节测定法和回程调节测定法都可采用，但是，当割量系统流量测量的随机误差较大时，这两种测定法产生的随机误差也较大，因此采用时要特别严格规定测试中的技术规范.4. 5 气铀臂的量复使用气蚀管介质试验后，再次使用时，必须按第4章重新进行试验，获得新的数据.由设计确定能否再次使用.10 QJ 1783-89 附加说明:本标准由航天工业部七O八提出.本标准由航天工业部第十一研究所(京)负责起草.11