Стенд для высотных испытаний ракетных двигателей твердого топлива

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к стендовому оборудованию, применяемому при огневых стендовых испытаниях ракетных двигателей твердого топлива с имитацией высотных условий. Стенд для высотных испытаний ракетных двигателей содержит барокамеру, узел впрыска рабочей жидкости через струйные форсунки и выхлопной диффузор, оси струйных форсунок расположены под углом впрыска по отношению к оси выхлопного диффузора. Угол впрыска определяется соотношением, защищаемым настоящим изобретением. Изобретение позволяет повысить эффективность охлаждения наиболее теплонапряженного входного участка выхлопного диффузора в условиях сверхзвукового высокотемпературного течения продуктов сгорания при работе ракетного двигателя на твердом топливе. 3 ил.

 

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к стендовому оборудованию, применяемому при огневых стендовых испытаниях ракетных двигателей с имитацией высотных условий.

Для имитации высотных условий при испытаниях ракетных двигателей широко применяются стенды с барокамерами и выхлопными диффузорами, которые также называют газодинамическими трубами (ГДТ).

Известен стенд, использующий проточную систему охлаждения (Конструкция и отработка РДТТ/Под ред. A.M. Виницкого - М.: Машиностроение, 1980. Стр. 111, рис. 7.13). Недостаток данного способа для стендовых испытаний ракетных двигателей на твердом топливе заключается в том, что если в продуктах сгорания присутствует конденсированная фаза (в некоторых смесевых твердых топливах может содержаться до 40% окиси алюминия), то значительно возрастает тепловой поток в области присоединения струи вследствие выпадения к-фазы на входной участок выхлопного диффузора.

Известен способ внутреннего охлаждения диффузора (Шишков Α.Α., Силин Б.М. Высотные испытания реактивных двигателей. - М.: Машиностроение, 1985. Стр. 86-91), при котором обеспечивается создание низкотемпературного пристеночного слоя с помощью впрыска воды через форсунки, расположенные по периферии поперечного сечения диффузора. При описании схемы с таким способом охлаждения начального участка выхлопного диффузора делается акцент на утверждении, что оси струйных форсунок параллельны стенкам диффузора (Шишков А.А., Силин Б.М. Высотные испытания реактивных двигателей. - М.: Машиностроение, 1985. Стр. 87, рис. 2.20). Для обеспечения максимального попадания охлаждающей жидкости в область присоединения струи, сопло значительно отдаляют от среза распылительных форсунок. Недостатком данной конструкции является то, что в таком случае струя может присоединяться к корпусу-оболочке, через который подается жидкость на впрыск, что в свою очередь, приведет к попаданию высокотемпературных газов в барокамеру.

Известен стенд с барокамерой и выхлопным охлаждаемым диффузором с внутренним охлаждением (Центр испытаний ракетных двигателей в Носиро (Япония): Обзор. - ВРТ, 1974, №9 - стр. 71-72). Охлаждение диффузора производится созданием низкотемпературного пристеночного слоя с помощью впрыска охлаждающей жидкости через форсунки, расположенные сразу за срезом сопла испытуемого двигателя и параллельные образующей начального участка диффузора.

Известен стенд с барокамерой, выхлопным диффузором, кольцевым эжектором и соединенный с ним источник эжектирующего рабочего тела (патент РФ №2513063). В данном стенде внутренняя стенка диффузора является продолжением выходного кольцевого сопла эжектора, а форсунки направлены параллельно образующей входного участка.

Общим недостатком испытательных стендов, использующих способ внутреннего охлаждения, является расположение оси распылительных форсунок параллельно образующей входного участка выхлопного диффузора (Шишков А.А., Силин Б.М. Высотные испытания реактивных двигателей. - М.: Машиностроение, 1985. Стр. 86-91, взят за прототип). При истечении продуктов сгорания из сопла образуется вихревая зона, возвратное течение которой разрушает струю впрыскиваемой воды и отбрасывает значительную ее часть обратно на узел впрыска и барокамеру, в результате чего снижается эффективность охлаждения проточной части ГДТ.

Задачей изобретение является обеспечение эффективного охлаждения входного участка выхлопного диффузора путем повышения эффективности впрыска охлаждающего рабочего тела в газодинамический тракт.

Технический результат заключается в повышении эффективности охлаждения проточного тракта ГДТ за счет прохождения струи охлаждающей жидкости поблизости от центра возвратного течения продуктов сгорания.

Технический результат достигается тем, что в стенде для высотных испытаний ракетных двигателей твердого топлива, содержащем барокамеру, узел впрыска рабочей жидкости через струйные форсунки и выхлопной диффузор, оси струйных форсунок расположены под углом впрыска α по отношению к оси выхлопного диффузора.

Расположение осей распылительных форсунок под углом по отношению к оси выхлопного диффузора дает лучшее проникновение в поток продуктов сгорания охлаждающей рабочей жидкости, т.к. струя проходит через центр вихревой зоны, где скорости ниже по сравнению с его (вихря) периферийной частью. Данное решение позволяет добиться проникновения 95…100% охлаждающей жидкости в поток, что приводит к заметному снижению температурного состояния стенок выхлопного диффузора.

На фиг. 1 показана схема размещения элементов стенда.

На фиг. 2 показана схема с обозначением размеров, которые используются при вычислении угла γ.

На фиг. 3 показаны изолинии в области узла впрыска при расположении осей распылительных форсунок под оптимальным углом по отношению к оси выхлопного диффузора.

Предлагаемый стенд включает барокамеру 1, с открытого торца которой смонтирован узел впрыска 2 со струйными форсунками 3. В свою очередь узел впрыска 2 скреплен с входной частью выхлопного диффузора 4. При этом ось распылительных форсунок 5 располагается под углом α по отношению к оси 6 выхлопного диффузора. Внутри барокамеры 1 располагается сопло 7 испытуемого изделия.

На фигуре 1 для удобства обозначения углов введена точка А, расположенная на оси струйной форсунки и плоскости выходного сечения струйной форсунки. Через точку А проведена прямая 6', параллельная оси 6 выхлопного диффузора, и прямая 4', параллельная образующей входной части выхлопного диффузора 4.

Для определения оптимального угла впрыска необходимо использовать следующую формулу:

где α - угол впрыска;

β - угол между образующей входного участка выхлопного диффузора и прямой, проходящей через точку А и параллельной оси выхлопного диффузора;

γ - угол между прямой, проходящей через точку А и параллельной оси струйной форсунки, и образующей входного участка выхлопного диффузора;

Θ - поправочный коэффициент.

Точка А расположена на оси струйной форсунки и плоскости выходного сечения струйной форсунки.

Угол γ, в свою очередь, вычисляется по формуле:

где а - размер линии от среза сопла, внутренней точки его профиля, до точки пересечения с линией b, которая также является продолжением профиля сопла;

b - размер линии от оси среза струйных форсунок до точки пресечения с линией а, которая также является параллельной образующей входного участка выхлопного диффузора;

с - расстояние от среза сопла, внутренней точки его профиля, до оси среза струйных форсунок;

ϕ - угол между линиями а и b.

Поправочный коэффициент Θ является эмпирическим. Его величина от 0° до 4° при угле между образующей входного участка выхлопного диффузора и осью выхлопного диффузора меньше 7°, от 0° до 6° при угле между образующей входного участка выхлопного диффузора и осью диффузора от 7° до 9°.

Данные по величине поправочного коэффициента Θ получены в результате проведения серии численных экспериментов.

Работа устройства заключается в следующем. При включении испытуемого двигателя и запуске диффузора разрежение в барокамере 1 обеспечивается эжектирующим действием струи продуктов сгорания. Охлаждение теплонапряженного входного участка выхлопного диффузора 4 обеспечивается впрыском охлаждающей рабочей жидкости через форсунки 3 под углом α, который выбран из оптимального диапазона. Струя жидкости проходит через центр вихревой зоны 8 или поблизости от нее. Возвратное течение при этом образуется при истечении продуктов сгорания из сопла 7 и в результате их присоединения к входному участку выхлопного диффузора 4 между границей струи продуктов сгорания 9, входным участком выхлопного диффузора 4 и узлом впрыска 2. Струи охлаждающей жидкости проникают в поток продуктов сгорания, где большая доля тепла, содержащаяся в этой части потока, идет на нагрев и испарение капель жидкости, которые образуются при распаде струи в процессе впрыска. Вследствие этого на входном участке диффузора 4 возникает низкотемпературный пристеночный слой, состоящий из смеси охлажденных продуктов сгорания, жидкостных капель и паров жидкости. Протяженность слоя вдоль выхлопного диффузора 4 определяется главным образом размерами капель жидкости, получающимися в результате распыления, нагрева и испарения жидкости в условиях обдува впрыскиваемой жидкой струи сверхзвуковым высокотемпературным потоком продуктов сгорания.

Предлагаемый стенд обеспечивает высокоэффективное охлаждение наиболее теплонапряженного входного участка выхлопного диффузора в условиях сверхзвукового высокотемпературного течения продуктов сгорания при работе ракетного двигателя на твердом топливе. Позволяет с достаточной точностью имитировать высотные условия при испытании ракетных двигателей на различных режимах работы. Обеспечивает сохранность элементов конструкции выхлопного диффузора на начальном участке.

Стенд для высотных испытаний ракетных двигателей твердого топлива, содержащий барокамеру, узел впрыска рабочей жидкости через струйные форсунки и выхлопной диффузор, отличающийся тем, что оси струйных форсунок расположены под углом впрыска α к оси выхлопного диффузора, причем:

где α - угол впрыска;

β - угол между образующей входного участка выхлопного диффузора и прямой, проходящей через точку А и параллельной оси выхлопного диффузора;

γ - угол между прямой, проходящей через точку А и параллельной оси струйной форсунки, и образующей входного участка выхлопного диффузора;

Θ - поправочный коэффициент,

точка А расположена на оси струйной форсунки и плоскости выходного сечения струйной форсунки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, турбостроения, а именно к стендам для моделирования процессов теплообмена в охлаждаемых лопатках, и может найти применение при проектировании и оптимизации систем охлаждения лопаток высокотемпературных газовых турбин.

Изобретение относится к области эксплуатации и диагностики авиационного газотурбинного двигателя. Технический результат – повышение точности способа ускоренного расчетно-экспериментального установления периодичности контроля деталей двигателя для обеспечения безопасной эксплуатации по техническому состоянию.

Изобретение относится к обнаружению утечек в топливной системе транспортных средств. В способе эксплуатации топливной системы транспортного средства, во время испытания на утечку в топливной системе прерывают испытание при обнаружении случайного временного закрывания клапана, соединенного с топливным баком.

Изобретение относится к обнаружению утечек топливной системы. Система для обнаружения утечек топлива в транспортном средстве с гибридным приводом содержит устройство потребления вакуума, вакуумный насос с электроприводом с первым выпускным отверстием для подачи вакуума и вторым выпускным отверстием для выпуска воздуха, датчик давления топливной системы и контроллер.

Изобретение относится к области технологии эксплуатации технического оборудования, преимущественно электроники, используемого в различных областях народного хозяйства.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в двигателестроении и в автомобильной промышленности. Техническим результатом является повышение точности измерения и обеспечение многофункциональности стенда.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в двигателестроении и в автомобильной промышленности. Техническим результатом является повышение точности измерения и обеспечение многофункциональности стенда.

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано при оценке технического состояния гидромашины в условиях эксплуатации. Способ диагностирования гидромашины включает периодический вывод гидромашины на испытательный режим с непрерывным изменением угловой скорости вращения вала, например, выключением привода гидромашины.

Изобретение относится к области диагностики, а именно к способам оценки технического состояния машин по вибрации корпуса, и может быть использовано при эксплуатации машинных комплексов для предупреждения внезапных отказов и аварий машин в нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к определению технического состояния авиационных газотурбинных двигателей всех типов. Способ диагностики технического состояния подшипниковых опор газотурбинного двигателя включает установку датчиков вибрации в диагностируемом сечении на корпусе двигателя, измерение вибрационных сигналов работающего двигателя с последующим преобразованием их в амплитудно-частотный спектр, выделение в этом спектре частот вращения ротора низкого давления и ротора высокого давления, анализ полученного спектра частот с последующим определением технического состояния подшипниковых опор.

Изобретение относится к радиотехническому испытательному оборудованию, предназначенному для проведения стендовых испытаний ракетных двигателей космических аппаратов, в частности для измерения электромагнитного излучения.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при испытании жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) и других энергетических установок. Стенд для испытаний энергетических установок содержит систему подачи компонентов топлива с агрегатами управления и систему подачи технологического газа, при этом на выходе энергетической установки установлен трубопровод, связанный с газгольдером, газгольдер соединен с компрессором, который в свою очередь соединен с системой баллонов высокого давления, газгольдер установлен на подвижной платформе, полость наддува газом расходной емкости с компонентом топлива соединена со входом компрессора, а выход компрессора соединен со входом газа в систему баллонов высокого давления.

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к ракетным двигателям твердого топлива, и, в частности, может найти применение при испытаниях скрепленных с корпусом крупногабаритных зарядов в ракетных системах различного назначения, преимущественно эксплуатирующихся на подвижных носителях автомобильного или железнодорожного типа.

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к способам определения характеристик новых композиций твердого ракетного топлива, в частности для прямоточных воздушно-реактивных двигателей.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к ракетной технике, и может быть использовано при отработке корпусов ракетных двигателей твердого топлива.

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к стендовому оборудованию, применяемому при огневых стендовых испытаниях ракетных двигателей на твердом топливе.

Изобретение относится к испытаниям ракетной техники, а именно к испытаниям и утилизации ракетных двигателей твердого топлива, имеющих сопла, направленные перпендикулярно оси стенда.

Изобретение относится к стендовому оборудованию и может быть использовано при испытаниях жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) космического назначения, связанных с определением тепловых режимов элементов ЖРД и двигательной установки (ДУ).

Изобретение относится к ракетно-космической технике, в частности к моделированию процесса сжигания продуктов газификации неизрасходованных остатков жидких компонентов ракетного топлива в баках отработанной ступени ракеты-носителя.

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к стендовому оборудованию, применяемому при огневых стендовых испытаниях ракетных двигателей твердого топлива.

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к стендовому оборудованию, применяемому при огневых стендовых испытаниях ракетных двигателей на твердом топливе, и предназначено для гашения РДТТ при наземной отработке, в том числе высотных РДТТ. Установка для гашения ракетного двигателя на твердом топливе при испытаниях содержит поворотную штангу-трубу, связанную с приводом ее перемещения, распылительный насадок, источник хладагента и герметизирующий экран. На герметизирующем экране соосно распылительному насадку размещен кольцевой эжектор, содержащий сопло эжектирующего газа, сопло эжектируемого газа и диффузор. Сопло эжектируемого газа образовано наружной поверхностью распылительного насадка и охватывающей распылительный насадок наружной поверхностью сопла эжектирующего газа. На магистрали подвода эжектирующего газа установлен управляющий клапан, причем на герметизирующем экране установлен датчик давления. Распылительный насадок закреплен на пилонах внутри диффузора, а в пилонах выполнены каналы, соединяющие распылительный насадок с коллектором подачи хладагента, установленным с наружной стороны диффузора, причем полость коллектора соединяется с источником хладагента через штангу-трубу. Изобретение позволяет обеспечить получение достоверной информации о состоянии материальной части и работоспособности РДТТ, подвергающихся после окончания работы в высотных условиях эффектам последействия. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к стендовому оборудованию, применяемому при огневых стендовых испытаниях ракетных двигателей твердого топлива с имитацией высотных условий. Стенд для высотных испытаний ракетных двигателей содержит барокамеру, узел впрыска рабочей жидкости через струйные форсунки и выхлопной диффузор, оси струйных форсунок расположены под углом впрыска по отношению к оси выхлопного диффузора. Угол впрыска определяется соотношением, защищаемым настоящим изобретением. Изобретение позволяет повысить эффективность охлаждения наиболее теплонапряженного входного участка выхлопного диффузора в условиях сверхзвукового высокотемпературного течения продуктов сгорания при работе ракетного двигателя на твердом топливе. 3 ил.

Наверх