Способ бесконтактной ранней диагностики разгара камеры ракетного двигателя по напряжённости собственного магнитного поля продуктов сгорания

Изобретение относится к области аэрокосмической техники, в частности ракетно-космического двигателестроения. Одной из широко распространенных причин отказа жидкостных ракетных двигателей является прогар камеры, начало которого сопряжено с появлением множества заряженных твердых частиц в продуктах сгорания. Технический результат: обеспечение надежного обнаружения начала процесса разрушения камеры сгорания и сопла для предотвращения прогара указанных теплонапряженных элементов проточного тракта ракетного двигателя. Изменения частот колебаний электромагнитных параметров газодинамического движения высокотемпературных продуктов сгорания, протекающих по камере сгорания и соплу, регистрируют высокочувствительным датчиком магнитного поля, восприимчивым к появлению твердых частиц в газовом потоке, предшествующему разрушению, определяют спектральную плотность в спектре мощности реализации этого сигнала, сравнивают с эталонным значением спектральной плотности и в случае превышения определяемого параметра заданного эталонного значения определяют частоту, на которой произошло превышение, сравнивают эту частоту со значениями частот начала прогара для данной камеры и вырабатывают сигнал в систему аварийной защиты двигателя о начале прогара. 2 ил.

 

Изобретение относится к области аэрокосмической техники, в частности ракетно-космического двигателестроения. Одной из широко распространенных причин отказа жидкостных ракетных двигателей является прогар камеры, начало которого сопряжено с появлением множества заряженных твердых частиц в продуктах сгорания.

Из существующего уровня техники известен способ контроля вибрационного горения в камере сгорания газотурбинного двигателя [патент РФ 2618774, F23N 5/24, опубл. 11.05.2017], при котором оптическим методом регистрируется изменение частот электромагнитного излучения от горящей топливовоздушной смеси.

Недостатком аналога является низкая вероятность обнаружения твердых заряженных частиц, появляющихся в потоке продуктов сгорания при начале процесса разрушения, и сложность конструкции специального лючка для установки оптического объектива в стенке камеры ракетного двигателя.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ контроля вибрационного горения в камере сгорания газотурбинного двигателя [патент РФ 2272923, F02C 9/00, опубл. 27.03.2006], который осуществляют путем регистрации изменения частот колебаний параметров газодинамического движения частиц в газе и определения наличия или отсутствия вибрационного горения, при этом регистрацию изменения параметров газодинамического движения производят электростатическими антеннами без контакта с двигателем и его газодинамической струей, фиксируют временную реализацию сигнала колебаний электростатического поля, определяют спектральную плотность в спектре мощности временной реализации этого сигнала, сравнивают с эталонным значением спектральной плотности и, в случае превышения определяемого параметра заданного эталонного значения, определяют частоту, за которой произошло превышение, сравнивают эту частоту со значениями частот вибрационного горения данной камеры сгорания и вырабатывают сигнал в систему контроля двигателя о наличии вибрационного горения.

Недостатками данного технического решения являются повышенные габариты электростатических антенн и трудности их использования применительно к конструкции ракетного двигателя.

Задачей изобретения является ранняя диагностика прогара элементов проточного тракта ракетного двигателя и предотвращение разрушения материальной части при испытаниях на стенде и эксплуатации.

Техническим результатом является обеспечение надежного обнаружения начала процесса разрушения камеры сгорания и сопла для предотвращения прогара указанных теплонапряженных элементов проточного тракта ракетного двигателя.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе бесконтактной ранней диагностики разгара камеры сгорания и сопла ракетного двигателя регистрируют изменение частот колебаний электромагнитных параметров газодинамического движения высокотемпературных продуктов сгорания, протекающих по камере сгорания и соплу, регистрацию осуществляют высокочувствительным датчиком магнитного поля, восприимчивым к появлению твердых частиц в газовом потоке, предшествующему разрушению, определяют спектральную плотность в спектре мощности реализации напряженности магнитного поля, сравнивают с эталонным значением спектральной плотности и, в случае превышения определяемого параметра заданного эталонного значения, определяют частоту, на которой произошло превышение, сравнивают эту частоту со значениями частот начала прогара для данной камеры и вырабатывают сигнал в систему аварийной защиты двигателя о начале прогара.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена структурная схема системы технической диагностики, реализующая способ при испытании жидкостного ракетного двигателя на стенде:

1 - датчик магнитного поля;

2 - модуль кондиционирования;

3 - преобразователь переменного магнитного поля индукционного типа;

4 - сопло;

5 - газогенератор;

6 - турбина;

7 - турбонасосный агрегат.

На фиг. 2 - частотный спектр сигнала магнитного датчика при появлении первых заряженных частиц металла в продуктах сгорания, что предшествует началу интенсивного разгара внутренней стенки камеры ракетного двигателя.

Заявляемый способ бесконтактной ранней диагностики разгара камеры сгорания и сопла ракетного двигателя осуществляют следующим образом.

Изменение частот колебаний параметров газодинамического движения частиц в струе регистрируют датчиками магнитного поля 1, сигнал от которых поступает на модуль кондиционирования 2, предназначенный для согласования с преобразователем переменного магнитного поля индукционного типа 3 и усиления принимаемых сигналов до уровней, достаточных для работы модулей оцифровки и ввода в персональный компьютер. Датчики магнитного поля устанавливаются согласно фиг. 1 на наружной стенке сопла 4 в области критического сечения двигателя или на участках трубопроводов от газогенератора 5 до турбины 6 турбонасосного агрегата 7, проводят статистический анализ зарегистрированных пульсаций напряженности (фиг. 2) собственного магнитного поля продуктов сгорания, содержащих ионы, свободные электроны и заряженные частицы металла, а именно проводят преобразование Фурье временной реализации зарегистрированного сигнала xi и получают амплитудный спектр Fi по формуле

где Fi - амплитудный спектр напряженности магнитного поля, регистрируемой датчиком магнитного поля;

N - количество точек выборки на интервале времени τ=1 с;

xi - значение сигнала напряженности магнитного поля.

Затем определяют спектральную плотность сигнала напряженности магнитного поля Gi в спектре мощности на частоте fi согласно выражению

где Gi - спектральная плотность сигнала напряженности магнитного поля;

fi - частота опроса, задаваемая аппаратно-программным комплексом.

Далее сравнивают спектральную плотность сигнала Gi с заданной эталонной величиной G0. В случае превышения Gi эталонной величины G0 проводится выделение частоты fi, соответствующей частоте начала прогара fпрог.

Применение заявляемого способа бесконтактной ранней диагностики разгара камеры ракетного двигателя по напряженности собственного магнитного поля продуктов сгорания позволит повысить эффективность и надежность системы технической диагностики и аварийной защиты по сравнению с системами, основанными на традиционных методах, повышая тем самым безопасность при испытаниях и летной эксплуатации ракетных двигателей.

Способ бесконтактной ранней диагностики разгара камеры ракетного двигателя по напряженности собственного магнитного поля продуктов сгорания, заключающийся в регистрации изменения частот колебаний параметров газодинамического движения частиц в газе и определении наличия или отсутствия начала прогара, отличающийся тем, что регистрацию изменения частот колебаний параметров газодинамического движения производят высокочувствительным датчиком магнитного поля, восприимчивым к появлению твердых частиц в газовом потоке, предшествующему разрушению, определяют спектральную плотность в спектре мощности временной реализации этого сигнала, сравнивают с эталонным значением спектральной плотности и в случае превышения определяемого параметра заданного эталонного значения определяют частоту, на которой произошло превышение, сравнивают эту частоту со значениями частот начала прогара для данной камеры и вырабатывают сигнал в систему аварийной защиты двигателя о начале прогара.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в уменьшении габаритов за счет увеличения магнитного потока.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для измерения переменного тока в шине электроустановки. Способ измерения переменного тока в шине электроустановки, при котором отключают электроустановку.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля индукции магнитного поля. Устройство состоит из модуля возбуждения, ферромодуляционного преобразователя и модуля считывания.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа измерения характеристик магнитного поля. Способ включает в себя помещение кристалла алмаза с NV-центрами в область измеряемого магнитного поля, направление на кристалл электромагнитного излучения оптического диапазона, приводящего к спиновой поляризации NV-центров, и регистрацию сигнала флюоресценции.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано в устройствах для измерения параметров слабого постоянного магнитного поля на основе феррозондового преобразователя.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматического мониторинга магнитного поля Земли в труднодоступных местах, не имеющих стационарных источников питания.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматического мониторинга магнитного поля Земли в труднодоступных местах, не имеющих стационарных источников питания.

Изобретение относится к метрологии, в частности к накладным феррозондам. Устройство содержит замкнутый для потока возбуждения сердечник из материала с магнитной проницаемостью, превышающей проводимость материала изделия в десятки раз и более, выполнен в виде фермы с поперечными арочными магнитопроводами с двумя контактными площадками, соединенными продольными магнитопроводами с нанесенными на них обмотками возбуждения, измерительными и обратной связи.

Изобретение относится к автотранспортным средствам с повышенной помехозащищенностью бортового электрооборудования. Автотранспортное средство включает в себя шасси, кузов, содержащий моторный и пассажирский отсеки, объекты бортового электрооборудования, расположенные в кузове, а также радиатор системы охлаждения и расположенную в моторном отсеке энергетическую установку.

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим снижение магнитного поля объектов морской техники, например судов. Предложен маневренный стенд для измерения и настройки магнитного поля объектов морской техники, включающий измерительные датчики магнитного поля, лазерные излучатели, указывающие место установки и положения датчиков, поворачиваемую балку, на которой установлены датчики и излучатели, погружаемую платформу с регулируемой плавучестью, на которой установлена балка с датчиками, буксируемую до выбранного места акватории, дистанционно управляемые конструктивно связанные с платформой домкраты, позволяющие устанавливать платформу на грунте и фиксировать это положение, а также конструкцию, перемещающуюся по поверхности воды в районе установленной платформы, с приемниками лазерного излучения, с аппаратурой спутниковой навигации, определяющей координаты конструкции, и с аппаратурой, передающей сигналы о положении измерительных датчиков.

Изобретение относится к области радиофизики и может быть использовано для контроля за солнечной, геомагнитной и сейсмической активностью, предвестников землетрясений, извержения вулканов, цунами, процессов грозовой активности, динамики мощных циклонов, а также для обнаружения ядерных и иных крупных взрывов и пожаров, больших аварийных выбросов на атомных электростанциях, запусков космических аппаратов и ракет, излучений мощных радиопередающих комплексов радиолокационного и связного назначения, средств специального воздействия на ионосферу с целью управления ее параметрами.

Изобретение относится к области радиотехнических измерений. Способ включает излучение сигнала с помощью излучающей антенны и прием сигнала с помощью испытуемой антенны.

Изобретение относится к области радиолокационной техники, а именно к способам определения угловых координат измерений произвольного количества точечных близко расположенных целей.

Устройство для оценки эффективности экранирования электромагнитных излучений предназначено для использования в области измерения электрических и магнитных величин, например, для определения степени защиты технических и биологических объектов от электромагнитного поля.

Использование: для непрерывного контроля получаемой дозы СВЧ-энергии на рабочих местах и в быту. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения удельной поглощенной мощности СВЧ электромагнитного излучения (СВЧ ЭМИ) содержит первый материал, имитирующий биоткань, первый измерительный детектор, измеряющий мощность СВЧ электромагнитного излучения, и второй измерительный детектор, идентичный первому измерительному детектору, устройство обработки данных и управления, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второй материал, имитирующий биоткань, третий измерительный детектор и четвертый измерительный детектор, идентичные первому измерительному детектору, и корпус в форме прямоугольного параллелепипеда из прозрачного для СВЧ электромагнитного излучения (неполярного) диэлектрика, причем первый материал, имитирующий биоткань, размещен под частью внутренней поверхности первой грани корпуса, первый измерительный детектор расположен на внешней поверхности первой грани корпуса над частью первого материала, имитирующего биоткань, второй материал, имитирующий биоткань, прилегает к нижней поверхности первой грани корпуса и расположен рядом с первым материалом, имитирующим биоткань, второй измерительный детектор расположен на участке внешней поверхности первой грани корпуса, к которой не прилегает снизу ни первый материал, ни второй материал, имитирующие биоткань, на нижних поверхностях первого материала и второго материала, имитирующих биоткань, расположены третий измерительный детектор и четвертый измерительный детектор соответственно, причем третий измерительный детектор расположен вне проекции первого измерительного детектора на нижнюю поверхность материала, устройство обработки и управления расположено внутри корпуса и соединено электрическими цепями с каждым из измерительных детекторов соответственно, а толщины первого материала и второго материала, имитирующих биоткань, равны глубинам проникновения электромагнитного излучения для нижней (hн) и верхней (hв) граничной частоты регистрируемого измерительными детекторами диапазона (полосы пропускания) СВЧ электромагнитного излучения.

Изобретение относится к микроволновой радиометрии и может использоваться для измерения электромагнитных сигналов собственного теплового излучения материальных сред в системах дистанционного зондирования Земли, различных природных объектов, промышленности.

Использование: для поиска и обнаружения источников излучения, определения его местоположения, для мониторинга уровня основного и побочных радиоизлучений разного рода бытовых, медицинских и промышленных установок.

Изобретение относится к радиолокации, в частности к способам определения эффективной площади рассеяния (ЭПР) объектов, и может быть использовано для расчета эффективной площади рассеяния летательных аппаратов в полете штатными средствами радиолокационных станций.

Изобретение относится к технике радиомониторинга радиоэлектронного оборудования и может быть использовано для выявления технических каналов утечки конфиденциальной информации, образованных с помощью несанкционированно установленных на абонентских линиях радиоэлектронных средств.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к микроволновым радиометрам, и может использоваться в дистанционном зондировании Земли, медицине, поиске радиотепловых аномалий и т.д.

Группа изобретений относится к предохранительным устройствам. Защитное устройство отказобезопасных систем управления содержит блок контроля, блок тестирования и выходной каскад, имеющий по меньшей мере один контактный элемент.

Изобретение относится к области аэрокосмической техники, в частности ракетно-космического двигателестроения. Одной из широко распространенных причин отказа жидкостных ракетных двигателей является прогар камеры, начало которого сопряжено с появлением множества заряженных твердых частиц в продуктах сгорания. Технический результат: обеспечение надежного обнаружения начала процесса разрушения камеры сгорания и сопла для предотвращения прогара указанных теплонапряженных элементов проточного тракта ракетного двигателя. Изменения частот колебаний электромагнитных параметров газодинамического движения высокотемпературных продуктов сгорания, протекающих по камере сгорания и соплу, регистрируют высокочувствительным датчиком магнитного поля, восприимчивым к появлению твердых частиц в газовом потоке, предшествующему разрушению, определяют спектральную плотность в спектре мощности реализации этого сигнала, сравнивают с эталонным значением спектральной плотности и в случае превышения определяемого параметра заданного эталонного значения определяют частоту, на которой произошло превышение, сравнивают эту частоту со значениями частот начала прогара для данной камеры и вырабатывают сигнал в систему аварийной защиты двигателя о начале прогара. 2 ил.

Наверх