Стенд для высотных испытаний ракетных двигателей

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к стендовому оборудованию, применяемому при огневых стендовых испытаниях ракетных двигателей с имитацией высотных условий. Стенд для высотных испытаний ракетных двигателей содержит барокамеру и выхлопной диффузор с выходной секцией, включающей две торцевые, внешнюю и внутреннюю стенки, образующие кольцевое пространство рубашечной системы охлаждения. По периметру задней торцевой стенки выходной секции выхлопного диффузора равномерно расположены отверстия или форсунки, обеспечивающие выход рабочей жидкости из рубашечной системы охлаждения за срез выхлопного диффузора. Изобретение позволяет повысить эффективность охлаждения стенок выходной секции диффузора за счет формирования равномерного течения рабочей жидкости вдоль горячей стенки рубашечной системы охлаждения, а также позволяет обеспечить орошение струи продуктов сгорания ракетного двигателя за срезом выхлопного диффузора. 2 з.п. ф-лы, 5 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 выхлопными диффузорами, которые также называют газодинамическими трубами.

Известен стенд, использующий охлаждающий тракт, представляющий собой кольцевое пространство между наружной оболочкой и внутренней стенкой диффузора (Лорен И. Буллингер, Мартин Голдсмит, Алексис В. Леммон. Исследование ракетных двигателей на жидком топливе. Перевод с английского под ред. В.А. Ильинского. М.: Издательство МИР, 1964. Стр. 45, фиг. 27). Вода для охлаждения подается в каждый тракт через четыре сопла с обоих концов секции выхлопного диффузора и отводится через одно выпускное отверстие, расположенное в верхней части посередине секции.

Недостатком данного стенда является громоздкая и конструктивно сложная трубопроводная система подачи и отвода воды, которая к тому же не обеспечивает равномерного охлаждения огневой стенки.

Известен стенд, использующий проточную систему охлаждения, где канал охлаждающего тракта образован внутренним пространством между внутренней и наружной стенками (Центр испытаний ракетных двигателей в Носиро (Япония): Обзор // Вопросы Ракетной Техники. 1974. №9. Стр. 67-70, фиг. 4). Внутри тракта охлаждения протекает вода, которая поступает и отводится через входные и выходные отверстия, расположенные в нижней части диффузора.

Недостатком данного стенда является неравномерное течение в охлаждающем тракте, что приводит к ухудшению теплосъема с горячей стенки и вынуждает значительно увеличивать расход воды для обеспечения работоспособности конструкции. Также к недостатку данного стенда относится конструкция отвода воды из выходной секции системы охлаждения, где рабочая жидкость отводится либо через трубопроводную систему, которая влечет за собой усложнение конструкции, либо в атмосферу, не выполняя при этом никакой полезной функции.

Известен стенд для высотных испытаний ракетных двигателей, содержащий барокамеру и выхлопной диффузор, цилиндрическая секция которого включает две торцевые, внешнюю и внутреннюю стенки, образующие кольцевое пространство рубашечной системы охлаждения (Центр испытаний ракетных двигателей в Носиро (Япония): Обзор // Вопросы Ракетной Техники. 1974. №9. Стр. 67-70, фиг. 8; прототип). Внутри тракта охлаждения протекает вода, которая циркулирует через входное (расположенное в нижней части выхлопного диффузора) и выходное (расположенное в верхней части выхлопного диффузора) отверстия водяной системы охлаждения.

Недостатком данного стенда является неравномерное течение и, следовательно, охлаждение в районе выходного коллектора, несмотря на использование спиральных ребер на внутренней стенке. Данный недостаток связан с тем, что вода со всей рубашки охлаждения собирается в одну трубу, что и приводит к неравномерному течению в рубашке охлаждения вблизи выходного коллектора.

Общим недостатком испытательных стендов, использующих способ проточного (рубашечного) охлаждения, является необходимость организовывать отвод или слив рабочей жидкости из системы охлаждения с помощью сети трубопроводов. При организации системы отвода через трубопроводы увеличивается масса и стоимость конструкции, а также возрастает сложность монтажа и демонтажа при проведении испытаний. При организации слива в сторону от выхлопного диффузора рабочая жидкость выходит в окружающую среду, не выполняя никакой полезной функции. Другим недостатком является неравномерное течение в тракте рубашки охлаждения, что, в свою очередь, приводит к неравномерному охлаждению конструкции диффузора. Даже при установленных спиральных ребрах, в зоне близкой, к выходному коллектору, возможно формирование существенного неравномерного течения, ухудшающего теплосъем с охлаждаемой поверхности, что может привести к возникновению зон с пристеночным кипением. С целью ликвидации зон с высокой температурой в рубашечной системе охлаждения увеличивают расход рабочей жидкости, который может на порядок превышать расход топлива.

Задачей изобретения является обеспечение равномерного и эффективного охлаждения стенок выходной секции выхлопного диффузора на выходе из рубашечной системы охлаждения без увеличения потребного расхода рабочей жидкости.

Технический результат заключается в повышении эффективности охлаждения стенок выходной секции выхлопного диффузора на выходе из рубашечной системы охлаждения, за счет организации равномерного течения в рубашечной системе охлаждения и слива рабочей жидкости через заднюю торцевую стенку выходной секции за срез выхлопного диффузора.

Технический результат достигается тем, что в стенде для высотных испытаний ракетных двигателей, содержащем барокамеру и выхлопной диффузор с выходной секцией, включающей две торцевые, внешнюю и внутреннюю стенки, образующие кольцевое пространство рубашечной системы охлаждения, равномерно по периметру задней торцевой стенки выполнены элементы, обеспечивающие выход рабочей жидкости из рубашечной системы охлаждения за срез выхлопного диффузора. Элементы выхода рабочей жидкости могут быть выполнены в виде отверстий или распылительных форсунок.

Равномерное расположение элементов, обеспечивающих выход рабочей жидкости за срез выхлопного диффузора, на задней торцевой стенке выходной секции выхлопного диффузора позволяет организовать равномерное течение в тракте рубашечной системы охлаждения. Данное решение обеспечит лучшее охлаждение внутренней стенки выходной секции выхлопного диффузора при меньшем расходе рабочей жидкости через проточный тракт. Сброс рабочей жидкости в атмосферу за срез выхлопного диффузора дополнительно позволяет добиться обеспечения экологической защиты путем создания охлаждающей завесы из струй рабочей жидкости и ее паров за выхлопным диффузором. К улучшению свойств экологической защиты попутно относится снижение шумовых характеристик от струи продуктов сгорания ракетного двигателя за счет снижения пульсаций мелкомасштабных турбулентных вихрей в струе. Если в качестве рабочей жидкости применять воду, которая чаще всего используется в качестве охладителя, то это позволит также обеспечить осаждение как кислотных остатков из струи продуктов сгорания, так и пылевых частиц.

Выполнение элементов, обеспечивающих выход рабочей жидкости из рубашечной системы охлаждения за срез выхлопного диффузора в виде распылительных форсунок, равномерно расположенных по периметру задней торцевой стенки, позволяет регулировать направление и угол распыления сливаемой жидкости из рубашечной системы охлаждения. Использование такого подхода повышает эффективность конструкции выходной секции выхлопного диффузора и обеспечивает равномерный теплосъем с горячей стенки при испытании различных ракетных двигателей.

Выбор конфигурации испытательного стенда и газового тракта выхлопного диффузора напрямую зависит от конструкции сопла и режима работы двигателя. Выхлопной диффузор может содержать различные системы охлаждения, иметь цилиндрический или конические газовые тракты, состоять из нескольких элементов и т.д.

Предлагаемый стенд включает охлаждающий тракт рубашечной системы охлаждения, представляющий собой кольцевое пространство между двумя торцевыми, внутренней и внешней стенками выхлопного диффузора (рубашка охлаждения). На задней торцевой стенке выходной секции выхлопного диффузора выполнены элементы, обеспечивающие выход рабочей жидкости из рубашечной системы охлаждения за срез выхлопного диффузора.

На фигуре 1 представлен один из вариантов конструкции стенда для высотных испытаний с барокамерой 1 и выхлопным диффузором 2, который содержит входную секцию 3 в виде конфузора с внутренней системой охлаждения 4, центральную цилиндрическую секцию 5 с рубашечной системой охлаждения 6 и выходную коническую секцию 7 с рубашечной системой охлаждения 8.

На фигуре 2 представлена схема проточного тракта рубашечной системы охлаждения 8, образованного двумя торцевыми 9 и 10, внешней 11 и внутренней 12 стенками. На задней торцевой стенке 10 расположены элементы выхода рабочей жидкости 13 из рубашечной системы охлаждения 8 за срез выхлопного диффузора 2.

На фигуре 3 представлена схема части выходной секции с элементами выхода рабочей жидкости 13, выполненными в виде круглых отверстий 14.

На фигуре 4 представлена схема части выходной секции, где круглые отверстия 14 равномерно расположены по периметру задней торцевой стенки 10.

На фигуре 5 представлена схема части выходной секции с элементами выхода рабочей жидкости 13, выполненными в виде форсунок 15, установленных в отверстиях 16.

Работа устройства заключается в следующем. В рубашечную систему охлаждения 8 подается рабочая жидкость, которая перемещается в проточном тракте, обеспечивая охлаждение внутренней стенки 12 выхлопного диффузора 2. Достигая торцевой стенки 10, через элементы 13 рабочая жидкость сбрасывается в атмосферу по направлению течения продуктов сгорания ракетного двигателя с одновременным формированием равномерного течения на выходе из рубашечной системы охлаждения 8. В результате выхода частиц воды за срез выхлопного диффузора в атмосферу, струя продуктов сгорания, выходящая из выхлопного диффузора, увлекает эти частицы за собой. По мере увлечения частиц воды протекает процесс парообразования, а также формирования парогазовой смеси вокруг струи продуктов сгорания. Данные процессы препятствуют распространению вредных веществ, содержащихся в продуктах сгорания, в атмосферу, понижают температуру струи продуктов сгорания и обеспечивают снижение ее шумовых характеристик за выхлопным диффузором 2.

Предлагаемый стенд обеспечивает высокоэффективное охлаждение стенок выходной секции за счет формирования равномерного течения рабочей жидкости вдоль горячей стенки выхлопного диффузора рубашечной системы охлаждения. Другим положительным эффектом является экологическая защита, которая обеспечивается за счет орошения струи продуктов сгорания ракетного двигателя за срезом выхлопного диффузора рабочей жидкостью из системы рубашечного охлаждения. Дополнительно облегчается сборка и эксплуатация стенда путем исключения сложной трубопроводной системы, которая используется для отвода воды.

1. Стенд для высотных испытаний ракетных двигателей, содержащий барокамеру и выхлопной диффузор с выходной секцией, включающей две торцевые, внешнюю и внутреннюю стенки, образующие кольцевое пространство рубашечной системы охлаждения, отличающийся тем, что равномерно по периметру задней торцевой стенки выходной секции выхлопного диффузора выполнены элементы, обеспечивающие выход рабочей жидкости из рубашечной системы охлаждения за срез выхлопного диффузора.

2. Стенд для высотных испытаний ракетных двигателей по п. 1, отличающийся тем, что элементы, обеспечивающие выход рабочей жидкости из рубашечной системы охлаждения за срез выхлопного диффузора, выполнены в виде отверстий.

3. Стенд для высотных испытаний ракетных двигателей по п. 1, отличающийся тем, что элементы, обеспечивающие выход рабочей жидкости из рубашечной системы охлаждения за срез выхлопного диффузора, выполнены в виде форсунок.



 

Похожие патенты:

Способ диагностики двигателя внутреннего сгорания с наддувом, оборудованного турбокомпрессором фиксированной геометрии, содержащим компрессор, через который проходит воздух, поступающий во впускную систему двигателя, и турбину, которая связана во вращении с компрессором через общий вал и через которую проходят выхлопные газы двигателя в выпускную систему двигателя, при этом указанный двигатель связан: с дроссельным клапаном для изменения пропускного сечения воздуха, поступающего во впускную систему двигателя; и с разгрузочным вентилем waste-gate, установленным параллельно с турбиной в выпускной системе двигателя для изменения количества выхлопных газов, проходящих через турбину, при этом содержит: этап вычисления первого временного интеграла измерения атмосферного давления в течение времени вычисления; этап вычисления временного интеграла измерения давления наддува в течение указанного времени вычисления; этап вычисления второго временного интеграла измерения атмосферного давления в течение указанного времени вычисления; этап вычисления двух критериев диагностики; этап сравнения первого критерия диагностики с первым порогом диагностики и сравнения второго критерия диагностики с вторым порогом диагностики; и этап диагностики неисправности, когда по меньшей мере один из двух критериев диагностики меньше своего соответствующего порога диагностики.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля вращающихся элементов авиационного двигателя. Объектами изобретения являются система и способ обнаружения дефектов на объекте, содержащий этапы, на которых: формируют изображение (13), характеризующее указанный объект (11), на основании сигналов (9), связанных с объектом, разбивают указанное изображение на участки (15) в соответствии с самоадаптирующимися разрешениями и вычисляют расхождения между различными участками для обнаружения аномального участка, указывающего на возможность повреждения.

Изобретение относится к способу определения частиц сажи в выхлопной струе газотурбинного двигателя (ГТД) в полете. Для осуществления способа измеряют в полете ток нейтрализации с электростатических разрядников самолета электрических зарядов, генерируемых частицами сажи в выхлопной струе газа ГТД, определяют расход газа через сопло двигателя, измеряют значение электризации аэрозолей атмосферы за счет соприкосновения их с поверхностями самолета, определяют среднее значение плотности электрического заряда струи газа на всех режимах полета, определяют содержание частиц сажи в струе по градуированным зависимостям «чисел дымности» от среднего значения плотности электрического заряда и влияния аэрозолей атмосферы.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к способам испытаний турбореактивных двигателей (ТРД). Способ испытания ТРД включает подогрев и наддув воздуха на входе в двигатель.
Изобретение относится к области диагностики, а именно к способам оценки технического состояния роторного оборудования, и может быть использовано при определении дефектных узлов и деталей, оценке долговечности оборудования.

Изобретение относится к двигателям транспортных средств. В способе управления двигателем определяют, образовался ли лед во впускном коллекторе или корпусе дросселя двигателя, в ответ на рабочие параметры двигателя.

Изобретение относится к области автомобилестроения, в частности к системам двигателя с датчиком влажности. Представлены способы и системы эксплуатации двигателя с емкостным датчиком влажности.

Изобретение относится к измерительным устройствам, в частности к устройствам диагностики технического состояния подшипниковых опор авиационных газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к датчику отработавших газов в моторном транспортном средстве. Предложен способ для контроля датчика отработавших газов, присоединенного на выпуске двигателя.

Изобретение относится к системе судового энергетического оборудования, в частности к способам анализа отработавших газов. Технический результат заключается в возможности определения оптимального режима нагрузки дизеля и контроля процесса горения топлива на основе полученных параметров, а именно размеров твердых частиц отработавших газов дизеля.

Изобретение относится к ракетно-космической технике. Способ моделирования процесса газификации жидкого компонента ракетного топлива в баке ступени ракеты-носителя, основанный на подводе в экспериментальную модельную установку (ЭМУ) теплоты, проведении измерений температуры, давления в различных точках ЭМУ, сбросе парогазовой смеси (ПГС) через дренажную магистраль (ДМ), при этом осуществляют подвод газа наддува и кондуктивный подвод теплоты в ЭМУ, количество которых определяют из условия равенства парциальных давлений газа наддува и паров жидкости в ЭМУ и топливном баке, а суммарное давление соответствует началу сброса ПГС в ДМ, диаметр ДМ определяют из условия сброса заданного избытка давления за такое же время, как и в реальном баке, при этом давление срабатывания дренажного клапана выбирают предварительно из заданного интервала, нижняя граница которого - минимальное давление наддува в баке, а верхняя - максимальное давление, при котором сохраняется прочность конструкции ЭМУ, осуществляют определение области параметров процесса газификации, при которых появляется конденсат на внутренней поверхности ДМ и кристаллизация, осуществляют дополнительный подвод тепла к ДМ для предотвращения ее замерзания.

Изобретение относится к ракетно-космической технике. Способ моделирования процесса тепло- и массообмена элемента конструкции летательного аппарата (ЭКЛА) с окружающей средой в условиях снижения абсолютного давления основан на введении в экспериментальную модельную установку (ЭМУ) потока газа, обеспечении условий взаимодействия потока газа в зоне контакта с ЭКЛА, измерении температуры, давления, скорости.

Изобретение относится к области энергомашиностроения и предназначено для осуществления испытаний энергоустановок с последующим проведением контроля параметров и состава продуктов сгорания.

Изобретение относится к измерительной технике: устройству приборов, предназначенных для определения скорости горения твердых топлив, используемых в аккумуляторах давления нефтеносных скважин, ствольных системах различного назначения, работающих при высоких давлениях.

При экспериментальном определении поправки к суммарному импульсу тяги двигателя при стендовых огневых испытаниях, включающих регистрацию диаграммы тяги датчиком силы, определяют силу сопротивления перемещению подвижных опор стенда с закрепленным на них двигателем путем приложения силовых нагрузок.

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.

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

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 области ракетной техники, а именно к стендовому оборудованию, применяемому при огневых стендовых испытаниях ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ), и предназначено для гашения РДТТ при наземной отработке, в том числе удлиненных РДТТ сложной конфигурации корпуса. Установка для гашения ракетного двигателя твердого топлива при испытаниях содержит полую штангу с форсункой, связанную с системой подачи охлаждающей жидкости телескопически сочлененными между собой полыми поршнями с коллекторами, форсунками и выполненными у днищ поршней радиальными каналами. На полом поршне, расположенном в выдвинутом положении за соплом ракетного двигателя твердого топлива, соосно закреплена крыльчатка, а сочленение этого полого поршня со смежным полым поршнем, расположенным ближе к системе подачи охлаждающей жидкости, выполнено с зазором с возможностью вращения под действием возникающего на крыльчатке осевого момента вращения при ее обтекании паром охлаждающей жидкости в процессе гашения. Изобретение позволяет обеспечить эффективное гашение РДТТ и получение достоверной информации о состоянии материальной части, в том числе удлиненных РДТТ сложной конфигурации корпуса. 5 ил.

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к стендовому оборудованию, применяемому при огневых стендовых испытаниях ракетных двигателей с имитацией высотных условий. Стенд для высотных испытаний ракетных двигателей содержит барокамеру и выхлопной диффузор с выходной секцией, включающей две торцевые, внешнюю и внутреннюю стенки, образующие кольцевое пространство рубашечной системы охлаждения. По периметру задней торцевой стенки выходной секции выхлопного диффузора равномерно расположены отверстия или форсунки, обеспечивающие выход рабочей жидкости из рубашечной системы охлаждения за срез выхлопного диффузора. Изобретение позволяет повысить эффективность охлаждения стенок выходной секции диффузора за счет формирования равномерного течения рабочей жидкости вдоль горячей стенки рубашечной системы охлаждения, а также позволяет обеспечить орошение струи продуктов сгорания ракетного двигателя за срезом выхлопного диффузора. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх