Способ прочностных испытаний кинематической цепи привод - регулирующий элемент сопловых регулируемых блоков и сопловой регулируемый блок для его осуществления

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для испытаний регулируемых сопловых блоков летательных аппаратов, которые работают на продуктах сгорания газа, имеющих температуру до 2500 К и давление до 10 МПа. Способ прочностных испытаний кинематической цепи привод - регулирующий элемент основан на перемещении приводом кинематической цепи и фиксации регулирующего элемента соплового блока. Через сопловой регулируемый блок осуществляется среднеинтегральный расход продуктов сгорания и при достижении давления продуктов сгорания 0,1…0,15 МПа производят перемещение регулирующего элемента при помощи привода до появления максимального усилия. Для осуществления этого способа в отверстие сопла и регулирующего элемента установлен фиксатор с расходным отверстием, соединяющим внутреннюю полость блока с атмосферой. Технический результат - повышение точности определения запаса прочности и суммарной жесткостной характеристики кинематической системы привод - регулирующий элемент сопловых регулируемых блоков. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, а именно к наземным испытаниям регулируемых сопловых блоков двигательных установок летательных аппаратов, работающих на продуктах сгорания с высокой температурой до 2500 К и давлением до 10 МПа.

Одной из проблем, с которой сталкиваются конструкторы и исследователи при проектировании и отработке регулируемых сопловых блоков является определение запасов прочности и жесткости звеньев кинематической цепи привод - регулирующий элемент, которые находятся в зоне воздействия высокотемпературного и высокоскоростного потока продуктов сгорания топлив с высокой химической активностью. Особенно это актуально для регулируемых сопловых блоков, в которых регулирующий элемент находится в постоянном контакте с деталью сопла, обеспечивающей расход продуктов сгорания. При постоянном контакте регулирующего элемента и сопла развивается значительный крутящий момент, который необходимо преодолеть всем звеньям кинематической цепи привод - регулирующий элемент.

Известен способ определения характеристик материала в холодном состоянии, когда к детали прикладывается нагрузка и по усилию ее разрушения определяются свойства материала, из которого выполнен образец (В.И.Феодосьев. Сопротивление материалов. Государственное издательство физико-математической литературы. М., 1969, стр.30).

Недостаток способа заключается в том, что для деталей и узлов, которые в процессе работы нагреваются до какой-то конечной температуры, нельзя определить фактические запасы прочности и усилия, при которых они разрушаются.

Известен способ по определению характеристик материалов, когда образец (деталь) сначала нагревают до определенной температуры, а затем подвергают разрушению. (В.И.Феодосьев. Сопротивление материалов. Государственное издательство физико-математической литературы. М., 1963, стр.69).

Недостаток такого способа заключается в том, что диапазон температур, в пределах которого реально работают конструкции, выходит далеко за рамки условий по реальному воздействию на детали кинематической цепи: температура, тепломассообмен, химическое воздействие и т.д. В реальной конструкции звенья кинематической цепи, находятся в разных условиях по температурному режиму, химическому и скоростному воздействию. Детали, находящиеся ближе к расходному отверстию сопла, подвергаются более значительному прогреву и эрозионному воздействию, чем детали находящиеся ближе к приводу. Обеспечить такой нагрев по данному способу не реально, т.к. невозможно точно определить реальную температуру каждой детали.

Целью настоящего изобретения является повышение точности определения запаса прочности и суммарной жесткостной характеристики кинематической системы привод - регулирующий элемент сопловых регулируемых блоков.

Указанная цель достигается тем, что в способе прочностных испытаний кинематической цепи привод - регулирующий элемент сопловых регулируемых блоков, основанном на перемещении приводом кинематических элементов системы привод - регулирующий элемент соплового регулируемого блока с замером усилия, развиваемого приводом, и его перемещения, регулирующий элемент соплового регулируемого блока фиксируют относительно сопла, осуществляют через сопловой регулируемый блок среднеинтегральный расход продуктов сгорания в течение времени работы источника продуктов сгорания, соответствующего натурному, при достижении давления продуктов сгорания 0,1…0,15 МПа производят перемещение регулирующего элемента при помощи привода до момента максимального усилия в кинематической цепи и по полученному в указанный момент времени значению усилия определяют запас прочности подвижных элементов кинематической цепи привод - регулирующий элемент, а по текущему значению усилия и перемещения определяют жесткостную характеристику кинематической цепи.

Известна конструкция клапана для регулирования расхода горячего газа, состоящая из корпуса, регулирующего элемента, связанного с приводом, и сопла с расходным отверстием (РФ патент №2194206, кл 7 F16К 5/04, 1997 г.).

Указанная конструкция обладает недостатком, а именно отсутствием фиксатора, который необходим для обеспечения вышеуказанного способа.

Целью настоящего изобретения является получение максимального усилия при одновременном расходе продуктов сгорания через блок с обеспечением условий, соответствующих натурному прогреву.

Указанная цель достигается тем, что в сопловом регулируемом блоке, состоящем из корпуса, регулирующего элемента, сопла и кинематического привода, в отверстие сопла и регулирующего элемента установлен фиксатор с расходным отверстием, соединяющим внутреннюю полость соплового регулируемого блока с атмосферой, при этом площадь расходного отверстия фиксатора равна среднеинтегральной площади минимального проходного сечения сопла.

На фиг.1 показана конструкция соплового регулируемого блока с фиксатором и приводом и соединение его с источником продуктов сгорания.

На фиг.2 показано характерное изменение усилия "R" и перемещения "δ" в кинематической передаче от привода к регулирующему элементу.

На фиг.3 приведена диаграмма зависимости площади минимального проходного сечения сопла от времени работы соплового регулируемого блока.

Указанный способ осуществляется следующим образом. Сопловой блок 1 состоит из корпуса 2, сопла 3, регулирующего элемента 4, вала 5, рычага 6, жестко закрепленного на валу 5 и соединенного тягами 7 и 8, между которыми установлен датчик силы 9, с приводом 10.(фиг.1) Регулирующий элемент 4, например, при помощи фиксатора 11 устанавливают, вводя его в расходное отверстие 13 регулирующего элемента 4. Фиксатор 11 по плотной посадке установлен в расходных отверстиях 12 и 13. В фиксаторе 11 выполнено расходное отверстие 14, площадь которого равна среднеинтегральной площади минимального проходного сечения сопла. Расходное отверстие 14 соединяет внутреннюю полость 15 блока 1 с атмосферой. Сопловой блок соединен с источником продуктов сгорания 16, на которых он работает.

Для обеспечения реального прогрева элементов кинематической цепи привод 10 - регулирующий элемент 4 площадь F расходного отверстия 14 фиксатора 11 равна

где - суммарная площадь минимального проходного сечения сопла,

τ_полн - максимальное время работы двигателя (фиг.3).

Среднеинтегральный расход продуктов через сопло обеспечивает реальный прогрев конструкции соплового блока 1, в том числе и звеньев кинематической цепи (привод 10 - регулирующий элемент 4).

При работе продукты сгорания поступают во внутреннюю полость 15 блока 1 и через отверстие 14 фиксатора 11 вытекают в атмосферу.

В конце работы, когда давление продуктов сгорания достигает величины 0,1…0,15 МПа, т.е. происходит максимальный прогрев элементов кинематической цепи привод 10 - регулирующий элемент 4, осуществляется перемещение приводом 10 регулирующего элемента 4.

Прогретые элементы кинематической цепи деформируются и в конечном счете один из них разрушается, как наиболее слабое звено в цепи. По максимальному значению усилия в момент разрушения определяют запас прочности "n" всей системы привод - регулирующий элемент по формуле

,

где R_разр - усилие разрушения,

- фактическое максимальное усилие, развиваемое приводом при испытании блока без установки фиксатора.

Жесткость элементов конструкции определяется как отношение к величине деформации δ_факт всей системы привод - регулирующий элемент (фиг.2).

Таким образом, как видно из вышеизложенного, указанный способ позволяет в натурных условиях определить слабое звено кинематической цепи и его запасы прочности, а также определить ее жесткостную характеристику, а конструкция соплового регулируемого блока с установленным фиксатором позволяем обеспечить вышеуказанный способ.

1. Способ прочностных испытаний кинематической цепи привод - регулирующий элемент сопловых регулируемых блоков, основанный на перемещении приводом кинематических элементов системы привод - регулирующий элемент соплового регулируемого блока с замером усилия, развиваемого приводом, и его перемещения, отличающийся тем, что регулирующий элемент соплового регулируемого блока фиксируют относительно сопла, осуществляют через сопловой регулируемый блок среднеинтегральный расход продуктов сгорания в течение времени работы источника продуктов сгорания, соответствующего натурному, при достижении давления продуктов сгорания 0,1…0,15 МПа производят перемещение регулирующего элемента при помощи привода до момента максимального усилия в кинематической цепи и по полученному в указанный момент времени значения усилия определяют запас прочности подвижных элементов кинематической цепи привод - регулирующий элемент, а по текущему значению усилия и перемещения определяют жесткостную характеристику кинематической цепи.

2. Сопловой регулируемый блок, состоящий из корпуса, регулирующего элемента, сопла и кинематического привода, отличающийся тем, что в отверстие сопла и регулирующего элемента установлен фиксатор с расходным отверстием, соединяющим внутреннюю полость соплового регулируемого блока с атмосферой, при этом площадь расходного отверстия фиксатора равна среднеинтегральной площади минимального проходного сечения сопла.