Способ огневых испытаний жидкостных ракетных двигателей

Изобретение относится к технике испытаний жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) в наземных условиях при проведении огневых приемосдаточных испытаний летных образцов двигателей. Сущность изобретения заключается в том, что каждый изготовленный двигатель подвергают огневым испытаниям для определения зависимостей тяги и удельного импульса от входного давления топлива, а также спада тяги и импульса последействия. При этом испытания проводят на входных давлениях топлива из рабочего диапазона, в котором используется двигатель, а для каждого значения входного давления топлива осуществляют серию из N кратковременных включений одинаковой длительности с паузой между ними для фиксации спада тяги и импульса последействия. Техническим результатом изобретения является получение достоверных характеристик работы ЖРД, как при длительном режиме работы, так и близком к импульсному, снижение количества топлива, расходуемого при испытаниях, а также возможность получения подробных характеристик работы ЖРД в рабочем диапазоне входных давлений топлива. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к технике испытаний жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) в наземных условиях при проведении огневых приемосдаточных испытаний летных образцов двигателей.

Предшествующий уровень техники

Для подтверждения работоспособности и получения характеристик работы ЖРД на различных режимах проводят контрольно-технологические и квалификационные приемо-сдаточные испытания двигателей на наземной стендовой базе. Одним из видов испытаний для контроля качества изготовления ЖРД являются огневые контрольно-технологические испытания (КТИ) (патент РФ №2193681, опубл. 21.11.2002). КТИ являются кратковременными огневыми испытаниями, которым подвергается каждый изготовленный двигатель. Задача проведения КТИ - контроль качества изготовления и сборки конкретного двигателя путем проверки его функционирования и определения фактических значений контролируемых параметров.

Известен способ проведения контрольно-технологических огневых испытаний ЖРД, работающих на любых компонентах топлива, заключающийся в том, что каждый изготовленный двигатель подвергают кратковременным огневым испытаниям без последующей переборки (А.Е. Жуковский, B.C. Кондрусев и др. Испытания жидкостных ракетных двигателей. Учеб. пособие для авиац. специальностей вузов. М.: Машиностроение, 1981. С. 26). После испытаний двигателя данным способом требуется сложная и дорогостоящая технологии его обработки для удаления остатков керосина из магистралей и агрегатов двигателей.

Для этих целей применяют глубокое вакуумирование внутренних полостей двигателя на дорогостоящем оборудовании, обеспечивающем вакуум до 1⋅10-4 кгс/см2. Кроме того, данный способ не обеспечивает удаление остатков в виде тяжелых фракций керосина. Эти остатки могут оказать вредное влияние на конструкционные материалы и на функционирование агрегатов после длительного хранения двигателя.

Известен способ испытания жидкостных ракетных двигателей (патент РФ №2050459, опубл. 20.12.1995), основанный на одновременном прожиге двигателей и создании вокруг них и на срезе сопел натурных условий разрежения, которое проводят в одной барокамере по общей для двигателей программе, при этом двигатели выбирают идентичные, а топливо подают из общего источника питания.

Известен способ отбраковки жидкостных ракетных двигателей малой тяги и устройство для его осуществления (патент РФ №2002973, опубл. 15.11.1993), заключающийся в проведении огневых стендовых испытаний с измерением давления в камере одного выбранного из партии работающего двигателя, где, с целью расширения области применения способа для двигателей, не допускающих нарушения целостности камеры, одновременно измеряют давление торможения истекающих из сопла продуктов сгорания, определяют по измеренным значениям коэффициент корреляции измерителей давления и по полученному значению коэффициента корреляции и по давлению торможения, измеренному при работе остальных двигателей партии, определяют давление в камере остальных двигателей.

Указанные способы испытаний ЖРД дают возможность провести выборку из партии двигателей, подходящих по заявленным характеристикам для использования в качестве летных образцов, однако не позволяют получить подробные характеристики их работы на различных режимах.

Известен способ проведения огневых приемо-сдаточных испытаний (см., например, ОКБ «Факел»: Электрореактивные системы ОКБ «Факел»: Сборник статей и докладов к 55-летию ОКБ «Факел» / Ред. В.М. Мурашко. - Калининград: Калининградская правда. 2010. Стр. 84-85), при котором из партии изготовленных ЖРД выбираются несколько образцов. Каждый образец испытывается при различных значениях входного давления (минимальном, среднем и максимальном из диапазона допустимых значений) и длительности подачи гидразина, поступающего в камеру сгорания и вступающего в химическую реакцию с твердым катализатором. По результатам испытаний определяются тяга и удельный импульс двигателя в установившемся режиме работы в зависимости от входного давления топлива в камеру сгорания. Кроме того, определяются характеристики выхода на режим (длительность достижения 90% от максимальной тяги двигателя) и спада тяги двигателя (длительность достижения 10% от максимальной тяги), а также импульс последействия.

Данный способ огневых испытаний ЖРД является наиболее близким к заявляемому изобретению и выбран в качестве прототипа.

Одним из недостатков прототипа является проведение испытаний на малом наборе входных давлений, включая минимально и максимально допустимые, что не позволяет получить достаточный объем данных для рабочего диапазона давлений, при которых данный двигатель будет использоваться в дальнейшем, а отработка на дополнительных входных давлениях приводит к существенному увеличению расхода топлива.

Вторым недостатком является определение характеристик по тяге двигателя и удельному импульсу в установившемся режиме работы, использование которых для режима, близкого к импульсному, а также при тактовой работе двигателя, приводит к существенным ошибкам при расчете тяги и удельного импульса.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков известного способа огневых испытаний ЖРД и получение достоверных характеристик работы каждого двигателя в рабочем диапазоне входных давлений топлива.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе огневых испытаний ЖРД, заключающемся в том, что каждый изготовленный двигатель подвергают огневым испытаниям для определения зависимостей тяги и удельного импульса от входного давления топлива, а также спада тяги и импульса последействия, согласно изобретению испытания проводят на входных давлениях топлива из рабочего диапазона, в котором используется двигатель, а для каждого значения входного давления топлива осуществляют серию из N кратковременных включений одинаковой длительности с паузой между ними для фиксации спада тяги и импульса последействия.

Указанная совокупность отличительных признаков, отраженных в первом независимом пункте формулы, позволяет достичь следующего технического результата. Благодаря тому, что огневые испытания ЖРД проводятся на входных давлениях из рабочего диапазона, в котором будет использоваться данный двигатель, в дальнейшем, устраняется первый недостаток прототипа. Проведение огневых испытаний в тактовом режиме с серией из N одинаковых кратковременных (длительностью до 10 с) включений двигателя с малыми паузами между ними для фиксации участка спада тяги и импульса последействия позволяет устранить второй недостаток прототипа. В результате, полученные характеристики можно использовать как при длительном режиме работы двигателя, так и близком к импульсному. Дополнительным техническим эффектом является снижение количества топлива, расходуемого при испытаниях, и возможность получения достоверных характеристик работы каждого ЖРД в рабочем диапазоне входных давлений топлива.

В случае применения предлагаемого способа огневых испытаний для однокомпонентных ЖРД, использующих катализатор, перед серией из N кратковременных включений одинаковой длительности, проводят прогревочное включение для нагрева катализатора и камеры сгорания.

В частном случае, осуществляют подогрев компонентов топлива для повышения входного давления перед началом проведения огневых испытаний. Это позволяет провести испытания на повышенном уровне тяги двигателя.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 изображен общий вид циклограммы при проведении одной серии включений двигателя для фиксированного значения входного давления топлива. Верхний график показывает зависимость подачи напряжения (U) на электроклапаны от времени, а нижний - характер изменения тяги двигателя (Р) с учетом этапов выхода на режим и спада тяги. tРД и tПД - длительность работы и паузы между включениями двигателя соответственно.

На фиг. 2 изображен типовой характер зависимости тяги (Р) от входного давления топлива (рвх) для однокомпонентного ЖРД.

На фиг. 3 изображена сетка с расчетными значениями тяги (Р) от сочетания входных давлений окислителя (рО) и горючего (рГ) для двухкомпонентного ЖРД. Жирными точками выделены углы квадранта, соответствующие крайним значениям из рабочего диапазона (точки №1, 2, 3, 4). Мелкой черной заливкой показаны дополнительные точки на ребрах и диагонали полученной сетки (точки №5, 6, 7, 8, 9). Белой заливкой показаны дополнительные точки (без номеров) на ребрах и диагонали для построения более подробной сетки.

Осуществление изобретения

Способ огневых испытаний ЖРД заключается в том, что каждый изготовленный двигатель подвергают огневым испытаниям для определения зависимостей тяги и удельного импульса от входного давления топлива, а также спада тяги и импульса последействия. При этом испытания проводят на входных давлениях топлива из рабочего диапазона, в котором используется двигатель, а для каждого значения входного давления топлива осуществляют серию из N кратковременных включений одинаковой длительности с паузой между ними для фиксации спада тяги и импульса последействия.

Перед началом серии включений, при необходимости, происходит нагрев камеры сгорания для обеспечения требуемой полноты протекания химической реакции компонентов топлива. Проводится замер давления в камере сгорания и расход топлива через трубопровод для расчета тяги и удельного импульса двигателя. Полученные данные со всех режимов включения двигателя аппроксимируются функциями, по которым в дальнейшем рассчитывается средняя тяга двигателя (Р) и удельный импульс (Iu). Степень подробности сетки давлений определяется характером зависимости изменения тяги от давления (линейная, нелинейная) и требуемой точностью самой аппроксимации.

Пример 1. Огневые испытания однокомпонентного ЖРД

Предпочтительным вариантом изобретения, согласно фиг. 1 и фиг. 2, является проведение огневых испытаний однокомпонентного ЖРД, использующего для создания тяги химическую реакцию в камере сгорания топлива (например, гидразина), поступающего под давлением через трубопровод, и твердого катализатора, расположенного внутри камеры сгорания. Для электротермокаталитического двигателя К50-10.6 разработки ОКБ «Факел», порядок огневых испытаний строится следующим образом. Для каждого значения входного давления рвх из рабочего диапазона от 4 до 8 кгс/см2 с шагом 0.5 кгс/см2 проводится серия из 5 включений длительностью по tРД=10 с и паузой tПД=2.5 с для фиксации спада тяги и импульса последействия. Перед началом серии осуществляется включение двигателя на 5 с для выхода температуры камеры сгорания на установившейся уровень, обеспечивающий требуемую полноту протекания химической реакции топлива и катализатора. Проводится замер давления в камере сгорания и расход топлива через трубопровод для расчета тяги и удельного импульса двигателя. Полученные данные со всех режимов включения двигателя аппроксимируются функциями, по которым в дальнейшем рассчитывается средняя тяга двигателя (Р) и удельный импульс (Iu). В общем виде указанные зависимости можно записать как:

При этом сам вид аппроксимирующей зависимости подбирается под характер изменения параметров. Предпочтительными в данном случае являются зависимости, позволяющие вычислить аналитически интеграл от функции тяги для определения средней тяги на заданном интервале.

Пример 2. Огневые испытания двухкомпонентного ЖРД

Одним из вариантов осуществления изобретения, согласно фиг. 1 и фиг. 3, является проведение огневых испытаний двухкомпонентного ЖРД, работающего на окислителе и горючем. В этом случае, для достоверного определения характеристик работы, необходимо учитывать полноту протекания реакции окислителя и горючего, которая будет зависеть от входного давления каждого из указанных компонентов топлива, поступающих в камеру сгорания. Для каждого сочетания значений входного давления компонентов топлива, отражающего один режим работы, из рабочего диапазона с определенным шагом проводится серия из N включений длительностью tРД и паузой tПД для фиксации спада тяги и импульса последействия. Проводится замер давления в камере сгорания и расход топлива через трубопровод для расчета тяги и удельного импульса двигателя. Полученные данные со всех режимов включения двигателя аппроксимируются функциями, по которым в дальнейшем рассчитывается средняя тяга двигателя (Р) и удельный импульс (Iu). Здесь также проводится замер давления в камере сгорания и расход топлива через трубопровод для расчета тяги и удельного импульса двигателя, для каждого фиксированного сочетания давлений окислителя (рО) и горючего (рГ). Полученные данные со всех режимов включения двигателя аппроксимируются функциями, по которым в дальнейшем рассчитывается средняя тяга двигателя (Р) и удельный импульс (Iu). В данном случае, указанные зависимости можно записать как:

При этом сам вид аппроксимирующей зависимости подбирается под характер изменения параметров. Предпочтительными в данном случае являются зависимости, позволяющие вычислить аналитически интеграл от функции тяги для определения средней тяги на заданном интервале.

Одним из вариантов применения изобретения является проведение огневых испытаний ЖРД, отражающих тактовый режим работы двигателя, используемый при управлении космическим аппаратом, снабженным многосопловой двигательной установкой (согласно патенту РФ на изобретение №2610793, опубл. 15.02.2017). Это позволяет повысить точность выдачи импульса и эффективность расхода топлива при решении задачи маневрирования космического аппарата.

Общие затраты топлива при проведении указанных огневых испытаний двигателей на всех режимах работы с кратковременной серией включений оказываются меньше, чем при длительных включениях с фиксацией установившегося уровня тяги. Таким образом, данные испытания могут проводиться на каждом летном образце двигателя, не превышая допустимые ресурсные характеристики по расходу топлива и количеству открытий клапана двигателя.

1. Способ огневых испытаний жидкостного ракетного двигателя, заключающийся в том, что каждый изготовленный двигатель подвергают огневым испытаниям для определения зависимостей тяги и удельного импульса от входного давления топлива, а также спада тяги и импульса последействия, отличающийся тем, что испытания проводят на входных давлениях топлива из рабочего диапазона, в котором используется двигатель, а для каждого значения входного давления топлива осуществляют серию из N кратковременных включений одинаковой длительности с паузой между ними для фиксации спада тяги и импульса последействия.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед началом проведения огневых испытаний компоненты топлива подогревают для повышения входного давления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу обработки сигнала, обеспечиваемого реверсивным датчиком. Способ обработки сигнала (CRK), обеспечиваемого реверсивным датчиком, содержит следующие этапы: генерация первого сигнала (CRK_CNT), использующего все интервалы времени сигнала, обеспечиваемого датчиком, генерация второго сигнала (CRK_FW), использующего интервалы времени, соответствующие первому направлению прохождения, генерация третьего сигнала (CRK_BW), использующего интервалы времени, соответствующие второму направлению прохождения, подключение первого сигнала к входу первого электронного компонента, подключение второго сигнала и третьего сигналов ко второму электронному компоненту, обнаружение вторым электронным компонентом перепадов принятых сигналов, изменение значения заданного порога (THMI) в первом компоненте после каждого обнаружения перепада.

Изобретение относится к системе и способу технического обслуживания рабочей машины и, в частности, к автоматизированной системе обслуживания для выполнения и отображения обследования рабочей машины.

Изобретение относится к холодильной технике. Стенд для исследования теплоэнергетических характеристик малых холодильных машин снабжен контроллером управления процессом измерений, блоком программного изменения температуры в теплоизолированной камере и блоком планирования и выполнения измерений.

Описаны система и компьютерный способ контроля и диагностики аномалий в межколесном пространстве газовой турбины, реализованный с использованием вычислительного устройства, соединенного с интерфейсом пользователя и запоминающим устройством, и включающий хранение множества наборов правил в запоминающем устройстве, которые относятся к межколесному пространству и содержат по меньшей мере одно правило в виде выражения связи выходных данных, поступающих в реальном времени, с входными данными, поступающими в реальном времени, причем выражение связи касается температуры межколесного пространства.

Способ эксплуатации газотурбинного двигателя (ГТД) относится к области двигателестроения, а именно к испытаниям ГТД во время их длительной эксплуатации. Измеряют статическое давление на входе в двигатель на контролируемом режиме при приемо-сдаточных испытаниях и в процессе эксплуатации двигателя приводят его к стандартным атмосферным условиям, сравнивают приведенные значения при приемо-сдаточных испытаниях и в процессе эксплуатации, а промывку проточной части двигателя проводят при увеличении приведенного статического давления на входе в двигатель на выбранном режиме не менее чем на 1% относительно значения, полученного при приемо-сдаточных испытаниях.

Изобретение относится к техническому обслуживанию автотранспортных машин, в частности к способам определения экологической безопасности технического обслуживания автомобилей, тракторов, комбайнов и других самоходных машин.

Турбомашина для летательного аппарата, содержащая по меньшей мере один осевой вал (2), установленный вращающимся в корпусе турбомашины; причем турбомашина содержит эталонную кольцевую деталь (10), содержащую короткие (11) и длинные (12) продольные эталонные зубья, первые средства обнаружения прохождения коротких (11) и длинных (12) эталонных зубьев для измерения скорости вала (2) турбомашины (1) вокруг его оси (X), угломерную кольцевую деталь (20), содержащую продольные угломерные зубья (21), и вторые средства обнаружения прохождения длинных (12) эталонных зубьев и угломерных зубьев (21) для измерения крутящего момента вала (2) турбомашины.

Изобретение относится к неразрушающему контролю упругих твердых тел акустическими методами, а именно к способам контроля технического состояния машин (энергомеханического оборудования), и может быть использовано для диагностики преимущественно всех типов вращающегося энергомеханического оборудования, в том числе газоперекачивающих агрегатов, турбоагрегатов, насосов, компрессоров, вентиляторов, трансмиссий с приводом от электрического двигателя, двигателя внутреннего сгорания и т.

Изобретение относится к области испытательной техники, а именно к стендам для испытания агрегатов систем смазки на масловоздушной смеси, и может быть использовано при диспергировании смешиваемых фаз при испытании систем смазки авиационных двигателей.

Изобретение относится к контрольно-диагностическому оборудованию и может быть использовано для наземного контроля состояния авиационных газотурбинных двигателей в составе самолета, а также двигателей вертолетов, беспилотных летательных аппаратов.
Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к сельскохозяйственному приборостроению. При движении трактора без нагрузки за счет снижения подачи топлива достигают частоты вращения коленчатого вала, соответствующей максимальному крутящему моменту.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к устройству для определения тягового усилия, прикладываемого к навесному устройству трактора.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к сельскохозяйственному приборостроению. При реализации способа при движении трактора без нагрузки за счет снижения подачи топлива достигают частоты вращения коленчатого вала, соответствующей максимальному крутящему моменту.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения приращения эффективной тяги двигателей самолета как в полете, так и на земле.

Изобретение относится к установкам для проведения тяговых испытаний, а именно к стендам для проведения тяговых испытаний колесных землеройно-транспортных машин. Стенд содержит раму, датчики опорных и горизонтальных реакций, блок контроля параметров испытаний, опорные площадки со сменными имитаторами опорной поверхности и стопорящее устройство с возможностью возвратно-поступательного перемещения в горизонтальном направлении по ходу движения землеройно-транспортной машины.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к конструкциям измерительных приборов, и может быть использовано для изучения силовых характеристик рабочих органов почвообрабатывающих орудий.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Способ измерения тяговых усилий трактора заключается в том, что создают регулируемое усилие сопротивления движению испытуемого трактора.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для измерения эффективной тяги двигателей самолета. Устройство содержит измеритель скоростного напора воздушного потока, датчик угла атаки, датчик перегрузки, задатчик размера матриц, три блока формирования матриц, блок вычитания матриц, блок транспонирования матрицы, блок обращения матрицы, три блока умножения матриц, соединенных между собой определенным образом.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения эффективной тяги двигателей самолета. Способ основан на измерении скоростного напора воздушного потока, включает в себя измерение угла атаки самолета и перегрузку вдоль продольной оси самолета.

Группа изобретений относится к испытанию и техническому диагностированию транспортных машин, в частности к способу и устройству испытания машин, преимущественно трактора, при трогании с места под нагрузкой.

Изобретение может быть использовано для анализа быстропротекающих процессов в рабочих колесах турбомашин в процессе поузловой доводки рабочих колес турбин и компрессоров газотурбинных двигателей. Устройство обеспечивает анализ динамических процессов в рабочих колесах турбомашин в режиме реального времени с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ). Устройство содержит датчик частоты вращения ротора турбомашины, тензодатчик, размещенный на лопатке рабочего колеса, датчик пульсаций давления, размещенный в проточной части турбомашины, блок обработки сигналов датчиков, входы которого информационно связаны с выходами упомянутых датчиков, блок синхронизации, выход которого связан с входом синхронизации блока обработки сигналов датчиков, и блок визуализации результатов обработки. Блок обработки сигналов датчиков включает два блока спектрального анализа, выполняющие алгоритм БПФ для информации, получаемой с датчика пульсаций давления и тензодатчика. Технический результат заключается в сокращении времени обработки данных тензометрирования рабочих колес турбомашин при определении источников возбуждения колебаний рабочих колес, определении их форм колебаний. 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к технике испытаний жидкостных ракетных двигателей в наземных условиях при проведении огневых приемосдаточных испытаний летных образцов двигателей. Сущность изобретения заключается в том, что каждый изготовленный двигатель подвергают огневым испытаниям для определения зависимостей тяги и удельного импульса от входного давления топлива, а также спада тяги и импульса последействия. При этом испытания проводят на входных давлениях топлива из рабочего диапазона, в котором используется двигатель, а для каждого значения входного давления топлива осуществляют серию из N кратковременных включений одинаковой длительности с паузой между ними для фиксации спада тяги и импульса последействия. Техническим результатом изобретения является получение достоверных характеристик работы ЖРД, как при длительном режиме работы, так и близком к импульсному, снижение количества топлива, расходуемого при испытаниях, а также возможность получения подробных характеристик работы ЖРД в рабочем диапазоне входных давлений топлива. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх