发射场常规推进剂加注训练系统

常规液体推进剂火箭优势明显，在我国航天事业中有着十分重要的地位。航天发射场常规推进剂加注系统的可靠性、安全性是确保航天发射任务成功的重要基础。本书着重介绍了发射场常规推进剂加注训练系统的设计与实现，本书具有以下特色： （1）本书是对我国航天发射场常规推进剂加注训练实践活动的理论总结，紧贴工程应用实际，系统阐述了常规推进剂加注所涉及的基本概念、基本原理、相关技术、典型问题、故障处置及训练系统设计，具有普遍性和实用性。 （2）本书在介绍理论知识的同时引入了大量应用工程实例，对实际应用具有现实的指导意义。

推进剂加注系统是航天发射场地面设施设备的重要组成部分，推进剂加注工作是运载火箭发射任务流程中的重要和关键环节，“安全、可靠、精确、快速”是对加注系统的基本要求，也是对加注专业人员训练水平的实际检验标准。近年来，发射场按照从理论学习到实践应用、从专业基础到岗位技能的步骤，区分人员类别层次强化训练，有效提升了专业人员技术水平，确保了高密度航天发射任务的顺利实施。突出岗位能力分级，创新组训模式方法，扎实开展理论学习、实装操作和应急处置训练，是新时期对训练工作的要求。本书贴近训练实际需求，旨在系统介绍专业人员开展基础训练所涉及的知识体系和开展基本技能训练所需的实装操控推演平台体系，兼顾知识体系的全面性、实装操控推演平台体系的先进性和实用性。
本书共8章：第1章绪论，主要阐述了推进剂加注系统基本任务、基本原理和主要功能，加注系统组成、特点和基本工作内容，加注训练意义及主要训练内容；第2章加注系统基础理论，主要介绍了管流理论、气液两相流、传热基本原理、泄漏及扩散理论、薄膜理论以及强度理论等与加注系统直接相关的基础理论；第3章加注系统基本原理，介绍了加注系统基本知识、加注工艺设备原理、加注控制系统原理、加注升降温系统原理、加注流量计标校系统原理和加注三废处理系统原理等相关内容；第4章加注系统设计技术，介绍了总体设计、工序流程设计、工艺系统设计、控制系统设计、升降温系统设计、流量计标校系统设计、三废处理系统设计等相关设计知识；第5章加注系统典型问题分析，介绍了氧化剂系统结晶物、加注球阀开闭延迟、加注时推进剂温升、加注泵轴承抱死、加注管路水锤效应、流量计计量偏差、加注活门关闭不严等典型问题的现象、机理分析和预防措施；第6章典型故障应急处置，介绍了控制系统、软件系统等系统和加注过程中出现的故障的应急处置措施；第7 章训练系统设计与实现，介绍了训练系统总体架构、实装操控推演平台、典型业务流程、数据管理等系统设计与实现的相关内容；第8章加注系统发展方向，介绍了加注系统在自动化、信息化、智能化和自主可控、安全可靠等方向的发展趋势及加注新技术研究应用等相关内容。
在本书写作过程中，得到了太原卫星发射中心各级领导和菅翌、冯炼兵、庞建国、董富治、李耀凯、崔本廷、徐光明等专家的大力帮助和指导，在此表示衷心感谢！
由于作者水平有限，书中疏漏在所难免，恳请读者批评指正。

编著者

《发射场常规推进剂加注训练系统》以常规推进剂加注系统为背景,重点阐述了专业人员基础训练知识体系,结合训练实际需求,全面介绍了加注训练系统总体架构、业务流程、实装操控推演平台设计与实现等环节中的相关技术问题。全书共分8章,主要内容包括：加注系统基础理论、加注系统基本原理、加注系统设计技术、加注系统典型问题分析、典型故障应急处置、训练系统设计与实现以及加注系统发展方向。
本书可供航天发射场推进剂加注领域的专业技术人员阅读,也可供航天发射系统各级管理人员参考。

第1章　绪论                                  1
　1.1　引言                                    2
　1.2　加注系统概述                               2
 1.2.1　基本组成                                2
 1.2.2　基本特点                                3
 1.2.3　基本工作内容                              3
　1.3　加注训练意义                               4
　1.4　加注训练主要内容                             5

第2章　加注系统基础理论                           7
　2.1　管流理论                                 8
 2.1.1　伯努利方程                               8
 2.1.2　有能量输入或输出的伯努利方程                      9
 2.1.3　不稳定流动的伯努利方程                         9
 2.1.4　管流的流阻损失                             9
 2.1.5　管流的工程计算                            10
　2.2　气液两相流理论                             11
 2.2.1　气液两相流特点                            11
 2.2.2　气液两相流动参数                           12
 2.2.3　气液两相流动模型                           13
　2.3　传热基本原理                              15
 2.3.1　传导传热                               16
 2.3.2　辐射传热                               16
 2.3.3　对流传热                               17
　2.4　泄漏及扩散理论                             18
 2.4.1　湍流扩散理论                             19
 2.4.2　高斯扩散模型                             20
 2.4.3　高斯扩散参数及烟流抬升高度计算                    24
 2.4.4　其它扩散模型                             26
　2.5　薄膜理论                                 27
 2.5.1　薄膜应力方程组                            27
 2.5.2　薄壁圆筒壳体应力计算                         28
 2.5.3　薄壁圆球壳体应力计算                         28
 2.5.4　圆锥壳体应力计算                           28
 2.5.5　椭球壳体应力计算                           28
　2.6　强度理论                                 29
 2.6.1　第一强度理论                             29
 2.6.2　第二强度理论                             29
 2.6.3　第三强度理论                             30
 2.6.4　第四强度理论                             30

第3章　加注系统基本原理                          32
　3.1　加注系统基本知识                            33
 3.1.1　加注系统组成                             33
 3.1.2　加注基本方式                             38
 3.1.3　加注系统工序流程                           39
 3.1.4　液体推进剂                              42
　3.2　加注工艺设备原理                            47
 3.2.1　贮罐                                 47
 3.2.2　管路                                 47
 3.2.3　阀门                                 49
 3.2.4　加注泵                                54
 3.2.5　流量计                                57
 3.2.6　传感器与仪表                             60
　3.3　加注控制系统原理                            62
 3.3.1　PLC工作原理                             63
 3.3.2　PID控制原理                             64
 3.3.3　变频调速原理                             68
　3.4　加注升降温系统原理                           70
　3.5　加注流量计标校系统原理                         71
 3.5.1　流量标准装置                             72
 3.5.2　系统工作原理                             72
　3.6　加注三废处理系统原理                          74
 3.6.1　废气废液处理原理                           74
 3.6.2　废水处理原理                             76
 3.6.3　氧浓度检测原理                            77
 3.6.4　推进剂蒸气浓度检测原理                        78

第4章　加注系统设计技术                          79
　4.1　加注系统总体设计                            80
 4.1.1　设计技术要求                             80
 4.1.2　系统布局设计                             80
 4.1.3　系统布置设计                             81
 4.1.4　系统调试设计                             82
　4.2　加注系统工序流程设计                          82
 4.2.1　推进剂总贮量设计                           82
 4.2.2　加注方式设计                             82
 4.2.3　定量方法设计                             83
 4.2.4　流量调节设计                             83
 4.2.5　工序流程设计                             84
　4.3　加注工艺系统设计                            84
 4.3.1　贮罐                                 84
 4.3.2　加注泵                                99
 4.3.3　管路                                 104
 4.3.4　阀门                                 106
 4.3.5　流量计                                108
　4.4　加注控制系统设计                            109
 4.4.1　控制系统设计要求                           109
 4.4.2　控制系统功能设计                           109
 4.4.3　控制系统设计实例                           110
　4.5　加注升降温系统设计                           111
 4.5.1　升降温系统设计要求                          111
 4.5.2　升降温系统设计计算                          112
　4.6　加注流量计在线标校系统设计                      115
 4.6.1　流量计在线标校系统设计要求                      115
 4.6.2　流量计在线标校系统设计计算                      115
 4.6.3　流量计在线标校系统设计实例                      118
　4.7　加注三废处理系统设计                         120
 4.7.1　三废处理系统设计要求                         120
 4.7.2　三废处理系统设计技术                         120

第5章　加注系统典型问题分析                        123
　5.1　氧化剂系统结晶物问题                          124
 5.1.1　问题情况                               124
 5.1.2　化验分析                               124
 5.1.3　生成机理                               128
 5.1.4　预防控制措施                             129
　5.2　加注球阀开闭延迟问题                         129
 5.2.1　问题情况                               129
 5.2.2　试验设计                               129
 5.2.3　球阀性能分析评估                           130
 5.2.4　试验结果                               133
　5.3　加注时推进剂温升问题                         134
 5.3.1　问题情况                               134
 5.3.2　建立模型                               134
 5.3.3　试验结果分析                             135
　5.4　加注泵轴承抱死问题                           137
 5.4.1　问题情况                               137
 5.4.2　实验分析                               137
 5.4.3　机理分析                               140
 5.4.4　预防措施                               140
　5.5　加注管路水锤效应问题                          141
 5.5.1　问题情况                               141
 5.5.2　建立模型                               141
 5.5.3　试验结果分析                             143
　5.6　流量计计量偏差问题                           144
 5.6.1　问题情况                               144
 5.6.2　计量偏差问题分析                           145
 5.6.3　基于贮箱液位的标定方法                        147
　5.7　加注活门关闭不严问题                         150
 5.7.1　问题情况                               150
 5.7.2　原因分析                               150
 5.7.3　问题应对                               152

第6章　典型故障及应急处置                         154
　6.1　加注控制系统故障处置                          155
 6.1.1　PLC模块状态说明                           155
 6.1.2　PLC控制系统故障处置                         163
　6.2　软件系统故障处置                            164
　6.3　加注过程应急处置                            165
 6.3.1　火箭液位信号故障处置                         165
 6.3.2　推进剂泄漏处置                            166
 6.3.3　库房异常停泵处置                           166
 6.3.4　库房故障处置                             167
 6.3.5　推进剂溢出处置                            167
 6.3.6　贮箱压力异常处置                           168
 6.3.7　加注活门箱故障处置                          168
 6.3.8　加注活门故障处置                           168
 6.3.9　安溢活门故障处置                           169

第7章　训练系统设计与实现                         171
　7.1　训练系统总体架构                            172
 7.1.1　主要功能                               172
 7.1.2　硬件结构                               172
 7.1.3　软件结构                               172
　7.2　实装操控推演平台                            174
 7.2.1　平台硬件设计                             174
 7.2.2　平台硬件实现                             182
 7.2.3　PLC控制软件                            190
 7.2.4　上位机监控软件                            218
 7.2.5　投影显示软件                             221
 7.2.6　触摸屏监控软件                            223
　7.3　典型业务流程                              224
 7.3.1　基础理论训练流程                           224
 7.3.2　基础理论考核流程                           225
 7.3.3　工序操作考核流程                           225
 7.3.4　应急处置考核流程                           227
　7.4　数据管理                                228
 7.4.1　装备信息                               228
 7.4.2　工序信息                               228
 7.4.3　设备信息                               229
 7.4.4　工序设备关系                             229
 7.4.5　训练结果数据                             229
　7.5　其它要求                                230

第8章　加注系统发展方向                          231
　8.1　自动化、信息化和智能化发展方向                    232
　8.2　自主可控、安全可靠发展方向                      233
　8.3　新技术的研究应用                            233

参考文献                                   234