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机械制造及其自动化
Mechanical Manufacturing and Its Automation

综上所述，液氧离心泵、煤油齿轮泵以及针栓喷注器为系统调节元件的推进
剂供应与控制系统一方面能够实现煤油流量和煤油喷注压降的闭环控制，系统控

制精度及鲁棒性较好；另一方面利用针栓喷注器独特的几何结构，使得针栓喷注
器在煤油路实现煤油喷注压降的闭环控制的同时，带动液氧喷注截面积的变化，
根据预先设计的液氧喷注面积与煤油喷注面积的比值，通过液氧离心泵泵后压力
的调节，实现了液氧流量和喷注压降的被动调节，满足系统控制需求。同时，因

为针栓喷注器将节流元件和喷注器结合，又同时实现了推进剂两个组元的喷注截
面积的调节，简化了系统结构。因此，认为该系统方案是优选的电机泵增压推进
剂供应与控制系统。
系统方案特点如下：

一是采用直流电机驱动离心泵实现液氧增压，相较于涡轮式驱动方式，具有
较小系统结构尺寸，同时能够使离心泵实现较高的工作效率；
二是采用直流电机驱动齿轮泵进行煤油流量控制，齿轮泵工作效率高于离心
泵工作效率，进而降低系统的电源功率；

三是采用针栓喷注器，通过喷注器参数的设计，可以实现在保持液氧与煤油
组元比及喷注压降的稳定与控制，有利于实现燃烧室内推进剂高效雾化、混合和
燃烧，提高发动机推力性能；

四是采用直流电源对控制器供电，并采用高压直流电源驱动电机，有利于降
低电机工作电流、提高电机功率密度、减少控制器体积。

三、基于 PID 控制方法的发动机控制

（一）液氧离心泵开环控制方案
上面内容中煤油流量、煤油喷注压降和液氧泵后压闭环控制的控制方案中，
由于针栓喷注器的滞后调节，推进剂的当量比和喷注压降在阶跃信号出现时出现
了较大的振荡，同时调节速度慢。推进剂喷注压降的振荡和调节时间长，直接影

响推进剂雾化、混合效果，导致燃烧室中推进剂燃烧效率降低，燃烧室压力不稳
定。注意到针栓喷注器套件的滞后调节带来多种不良影响：对于煤油路，针栓喷
注器的调节滞后于煤油齿轮泵，阶跃信号出现时，煤油齿轮泵转速改变，而此
时针栓喷注器还没有开始开度的调节，因此在阶跃信号出现的时刻煤油的喷注压

降会出现大幅震荡，导致管路系统的损坏。对于液氧路，调节过程中，液氧离心
泵的调节先于针栓喷注器，在得到系统工况增大信号时，针栓开度小，离心泵需

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