本发明属于液体火箭发动机，特别涉及一种氧化剂供应路阻尼调控的发动机深度节流稳定性控制系统及方法。
背景技术：
1、液体火箭发动机大范围推力调节是实现重复使用、过载优化、轨道制动等功能的一项必不可少的技术。至今为止，国内外已研发了多种大范围变推力液体火箭发动机。在深度节流工况下，发动机组件远离设计工况点，工作条件恶劣，使得深度节流稳定性控制成为大范围变推力液体火箭发动机所需面临的共同问题。
2、目前，用于大范围变推力液体火箭发动机深度节流稳定性控制的措施包括：
3、（1）现有大范围变推力发动机均采用在喷注器上进行充分设计的措施，以实现深度节流稳定工作，具体手段包括：采用针栓式喷注器、采用可切换的双模式喷注器、提高喷注器设计压降等。
4、（2）某深度变推力发动机采用主涡轮燃气分流与流量调节器联调方案，实现补燃循环发动机深度变推力调节，该方法有助于控制深度变推力工况下的燃烧组件混合比，从而避免混合比偏离设计点过多所导致的燃烧组件工作稳定性恶化问题。
5、现有措施可有效改善液体火箭发动机在深度节流工况下的燃烧组件工作稳定性，但存在以下问题：
6、（1）对于补燃循环发动机而言，由于燃气发生器、涡轮泵与推力室直接相连，系统耦合关系复杂，在深度节流工况下还易于产生系统级自发不稳定。改善燃烧稳定性或提高燃气温度等措施并不能改善低工况系统自发不稳定问题。
7、（2）工况调节、阀门动作、喷注器模式切换均会带来一定扰动，存在系统稳定性进一步恶化的风险。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种氧化剂供应路阻尼调控的发动机节流控制系统及方法，解决了现有大范围变推力液体火箭发动机深度节流稳定性难以控制的技术问题，本发明通过在氧化剂供应系统中设置慢节流-快释放阻尼调控装置，实现工况平稳调节，提高发动机低工况工作稳定性。
2、为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种发动机深度节流稳定性控制系统，包括慢节流-快释放阻尼调控阀和控制组件；
4、慢节流-快释放阻尼调控阀设于氧化剂泵与燃气发生器之间的管路上，控制组件控制慢节流-快释放阻尼调控阀在节流开度和全开开度之间切换；
5、慢节流-快释放阻尼调控阀为节流开度时，深度节流稳定性控制系统为节流工况，慢节流-快释放阻尼调控阀为全开开度时，深度节流稳定性控制系统为正常工况；
6、慢节流-快释放阻尼调控阀由节流开度切换为全开开度时的速度快于慢节流-快释放阻尼调控阀由全开开度切换为节流开度时的速度。
7、进一步的，慢节流-快释放阻尼调控阀的开度采用气控方式调节；
8、慢节流-快释放阻尼调控阀包括壳体、主阀芯和节流阀芯；主阀芯和节流阀芯设于壳体内部，壳体上设有液氧入口和液氧出口，液氧入口和液氧出口之间形成液氧通路；壳体与节流阀芯之间形成节流控制腔；
9、以全开开度为初始状态，当控制气体由控制组件流入节流控制腔时，节流阀芯在控制气体的作用下推动主阀芯，使主阀芯向关闭方向移动，液氧通路的流量减小，实现慢节流-快释放阻尼调控阀由全开转变为节流开度；
10、当控制气体停止流入节流控制腔时，在液氧通路中液氧的压力下主阀芯向打开方向移动，同时主阀芯推动节流阀芯使节流控制腔中的控制气体通过控制组件排出，慢节流-快释放阻尼调控阀由节流转变为全开开度。
11、进一步的，控制组件包括控制气源、气体控制阀和气动调速单向阀；
12、控制气源依次通过气体控制阀和气动调速单向阀与慢节流-快释放阻尼调控阀连接；
13、气动调速单向阀为阀芯上设有流通孔的单向阀门；气体控制阀打开时，控制气源中的控制气体对气动调速单向阀形成反向顶压，气动调速单向阀的阀芯关闭，控制气体由所述流通孔反向进入慢节流-快释放阻尼调控阀的节流控制腔；气体控制阀关闭时，节流控制腔中的控制气体对气动调速单向阀形成正向压力，气动调速单向阀的阀芯打开，控制气体正向通过气动调速单向阀并向外界排出。
14、进一步的，控制气体由所述流通孔反向进入慢节流-快释放阻尼调控阀的控制腔时，控制气体在节流控制腔建压的耗时在100ms至几百ms量级，为慢速逆流通模式，慢节流-快释放阻尼调控阀由全开开度切换为节流开度的耗时为在100ms至几百ms量级；
15、控制气体正向通过气动调速单向阀时，流路最窄处的流速为控制气体的声速，此时为快速正流通模式，慢节流-快释放阻尼调控阀由节流开度切换为全开开度的耗时在10ms量级。
16、进一步的，慢节流-快释放阻尼调控阀的开度采用伺服调节方式调节；
17、慢节流-快释放阻尼调控阀包括壳体和阀芯；
18、控制组件包括伺服电机和控制系统，伺服电机与阀芯相连，由控制系统实现对伺服电机动作的控制；伺服电机带动阀芯在100ms~几百ms的时间内由全开开度位置运动至节流开度位置，或在10ms量级的时间内由节流位置运动至全开位置；
19、伺服电机的运动范围及运动速度由控制系统中的预设程序进行设置。
20、一种发动机深度节流稳定性控制方法，采用上述一种发动机深度节流稳定性控制系统实现，包括：
21、当发动机在设计工况工作时，慢节流-快释放阻尼调控阀为全开开度；
22、当发动机的工况下降至低于临界工况时，采用气控方式或伺服调节方式调节慢节流-快释放阻尼调控阀为节流开度；
23、当发动机的工况升高至高于临界工况时，采用气控方式或伺服调节方式调节慢节流-快释放阻尼调控阀为全开开度。
24、进一步的，临界工况满足以下要求：
25、临界工况的燃气温度和推进剂总流量不低于燃气系统中燃气发生器燃烧稳定性边界工况；
26、临界工况对应的燃气系统中燃气停留时间不超出燃气系统低频稳定性边界。
27、进一步的，节流-快释放阻尼调控阀为全开开度时，慢节流-快释放阻尼调控阀的流阻在满足以下要求的情况下尽量小：临界工况至发动机最高设计工况范围内，燃气发生器处于燃烧稳定性边界内，且氧化剂供应系统满足流量型耦合稳定性条件；
28、慢节流-快释放阻尼调控阀为节流开度时，慢节流-快释放阻尼调控阀的流阻满足以下要求：发动机最低设计工况至临界工况范围内，燃气发生器处于燃烧稳定性边界内、氧化剂供应系统满足流量型耦合稳定性条件且燃气发生器-涡轮泵-推力室反馈回路处于稳定状态。
29、进一步的，还包括用于检测慢节流-快释放阻尼调控阀的控制气体入口处压力的压力测点p1、用于检测氧化剂泵出口处压力的压力测点p2、用于检测涡轮泵转速的转速测点nt和用于检测主涡轮出口处温度的温度测点t；
30、当深度节流稳定性控制系统的工况切换时，执行自动故障监测，具体方法为：
31、判断压力测点p1的数值是否超出第一预设范围，当超出第一预设范围时触发故障报警；所述第一预设范围对应控制气体的正常供应压力；
32、判断转速测点nt的数值是否超出第二预设范围或压力测点p2数值是否超出第三预设范围，当转速测点nt的数值超出第二预设范围或压力测点p2数值超出第三预设范围时触发故障报警；所述第二预设范围和第三预设范围对应涡轮泵的正常运行工况；
33、判断温度测点t的数值是否超出第四预设范围，当超出第四预设范围时触发故障报警；所述第四预设范围对应燃气温度的正常范围。
34、进一步的，当压力测点p1的数值超出第一预设范围时，使深度节流稳定性控制系统的工况切换动作紧急停止，燃料供应系统中的推力调节器停止动作；
35、当转速测点nt的数值超出第二预设范围或压力测点p2数值超出第三预设范围时，对于地面试验执行紧急关机，对于飞行试验，进一步判断工况偏高或工况偏低，当工况偏高时，执行工况下调程序，进入预设的较低工况安全模式运行，当工况偏低时，停止工况调节动作，维持现有工况运行；所述工况偏高为转速测点nt的数值高于第二预设范围上限或压力测点p2数值高于第三预设范围上限，工况偏低为转速测点nt的数值低于第二预设范围下限或压力测点p2数值低于第三预设范围上下限；
36、当温度测点t的数值超出第四预设范围时，对于地面试验执行紧急关机，对于飞行试验，进一步判断温度偏高或温度偏低，当温度偏高时，执行工况下调程序，进入预设的较低工况安全模式运行，当温度偏低时，停止工况调节动作，维持现有工况运行；所述温度偏高为温度测点t的数值高于第四预设范围上限，工况偏低为温度测点t的数值低于第四预设范围下限。
37、本发明与现有技术相比具有如下至少一种有益效果：
38、（1）本发明创造性的提出一种发动机深度节流稳定性控制系统，通过在氧化剂供应管路中设置慢节流-快释放阻尼调控装置，实现工况平稳调节，能够有效减小发动机负载，同时能提高发动机低工况工作稳定性；
39、（2）本发明提出的发动机氧化剂供应路阻尼调控的稳定性控制方法，在发动机处于设计工况或较高工况时，节流控制元件置于全开状态，有效减小发动机负载（功耗），不影响发动机性能，有效解决了现有稳定性控制措施负载大的问题；
40、（3）本发明提出的氧化剂供应路设置慢节流-快释放一体的阻尼调控装置，实现工况平稳调节、提高发动机低工况工作稳定性的方案，能够抑制燃气发生器-燃气导管-涡轮泵-推力室反馈回路的耦合振荡，有效解决系统耦合稳定性问题，避免了现有大范围变推力稳定性控制措施不能改善系统耦合稳定性的问题；
41、（4）本发明提出的慢节流-快释放一体的阻尼调控装置与气动调速单向阀联合实现阻尼调控过程的控制，阻尼调控装置只需设置节流/全开两种开度，气动调速单向阀可通过阀芯流通孔设计实现气动调速，技术方案简单可靠，易于实现；
42、（5）本发明提出了慢节流-快释放阻尼调控装置的参数设计方法、节流和释放速度的选取方法，可在发动机设计初期确定合理的参数，可有效降低研制风险和避免方案反复；
43、（6）本发明提出了慢节流-快释放过程的故障监测及故障处置方法，对阻尼调控过程进行实时监测，避免慢节流-快释放过程异常带来的风险。
1.一种发动机深度节流稳定性控制系统，其特征在于，包括慢节流-快释放阻尼调控阀（13）和控制组件；
2.根据权利要求1所述的一种发动机深度节流稳定性控制系统，其特征在于，慢节流-快释放阻尼调控阀（13）的开度采用气控方式调节；
3.根据权利要求2所述的一种发动机深度节流稳定性控制系统，其特征在于，控制组件包括控制气源（16）、气体控制阀（15）和气动调速单向阀（14）；
4.根据权利要求3所述的一种发动机深度节流稳定性控制系统，其特征在于，控制气体由所述流通孔反向进入慢节流-快释放阻尼调控阀（13）的控制腔时，控制气体在节流控制腔建压的耗时在100ms至几百ms量级，为慢速逆流通模式，慢节流-快释放阻尼调控阀（13）由全开开度切换为节流开度的耗时为在100ms至几百ms量级；
5.根据权利要求1所述的一种发动机深度节流稳定性控制系统，其特征在于，慢节流-快释放阻尼调控阀（13）的开度采用伺服调节方式调节；
6.一种发动机深度节流稳定性控制方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的一种发动机深度节流稳定性控制系统实现，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的一种发动机深度节流稳定性控制方法，其特征在于，临界工况满足以下要求：
8.根据权利要求6所述的一种发动机深度节流稳定性控制方法，其特征在于，节流-快释放阻尼调控阀（13）为全开开度时，慢节流-快释放阻尼调控阀（13）的流阻在满足以下要求的情况下尽量小：临界工况至发动机最高设计工况范围内，燃气发生器处于燃烧稳定性边界内，且氧化剂供应系统满足流量型耦合稳定性条件；
9.根据权利要求6所述的一种发动机深度节流稳定性控制方法，其特征在于，还包括用于检测慢节流-快释放阻尼调控阀（13）的控制气体入口处压力的压力测点p1、用于检测氧化剂泵出口处压力的压力测点p2、用于检测涡轮泵转速的转速测点nt和用于检测主涡轮出口处温度的温度测点t；
10.根据权利要求9所述的一种发动机深度节流稳定性控制方法，其特征在于，当压力测点p1的数值超出第一预设范围时，使深度节流稳定性控制系统的工况切换动作紧急停止，燃料供应系统中的推力调节器停止动作；
