×
03.07.2018
218.016.69d6

СПОСОБ ОГНЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: 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.
Реферат Свернуть Развернуть

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.


СПОСОБ ОГНЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
СПОСОБ ОГНЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
СПОСОБ ОГНЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 39.
27.01.2013
№216.012.1f5b

Способ изготовления малогабаритных зарядов смесевого ракетного твердого топлива и технологическая линия для его осуществления

Способ включает подготовку окислителя со смешиванием и усреднением его фракций, приготовление топлива, содержащего ВВ, формование зарядов заливкой топливной массы в изложницы, собранные с калиброванными бронечехлами из резиноподобного материала на основе бутадиеннитрильного каучука,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473528
Дата охранного документа: 27.01.2013
20.02.2013
№216.012.26da

Состав для получения макетных зарядов

Изобретение относится к ракетной технике, а именно разработке имитаторов смесевого твердого топлива (СТРТ), используемых при обкатке технологического оборудования опасных производств по изготовлению малогабаритных вкладных зарядов СТРТ массового производства, отработке процессов механической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475466
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.02.2013
№216.012.2bac

Заряд с воспламенителем для стартового двигателя малогабаритной ракеты

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к зарядам твердого ракетного топлива с воспламенителем для стартового двигателя малогабаритной ракеты. Заряд выполнен из баллиститного твердого ракетного топлива, а воспламенитель содержит навеску дымного ружейного пороха и электрозапал. Заряд...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476707
Дата охранного документа: 27.02.2013
20.07.2013
№216.012.56e4

Бронечехол для вкладного заряда из смесевого твердого топлива к ракетному двигателю

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к бронечехлу для бронепокрытия к вкладному заряду из смесевого твердого топлива (СТТ) к маршевому ракетному двигателю (РД) переносных зенитных ракетных комплексов (ПЗРК). Бронечехол для вкладного заряда из смесевого твердого топлива к ракетному...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487852
Дата охранного документа: 20.07.2013
27.10.2013
№216.012.7a70

Заряд твердого ракетного топлива для разгонно-маршевого ракетного двигателя управляемой ракеты

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к зарядам твердого ракетного топлива для разгонно-маршевого ракетного двигателя управляемой ракеты переносных зенитных ракетных комплексов. Заряд твердого ракетного топлива включает топливную шашку-моноблок, бронированную по заднему торцу и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497006
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.12.2013
№216.012.8a16

Способ определения проницаемости преграды для зондирующего излучения сверхширокополосного радара

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для оценки достоверности результатов поиска живых людей за непрозрачными преградами с использованием сверхширокополосного (СШП) радара путем проведения исследований по определению проницаемости преграды для используемого при поиске радара....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501032
Дата охранного документа: 10.12.2013
27.12.2013
№216.012.909f

Устройство формования зарядов торцевого горения из смесевого твердого топлива

Изобретение относится к области изготовления зарядов смесевого твердого топлива, формуемым свободным литьем непосредственно в бронечехол, предварительно установленный в пресс-форму (изложницу). В устройстве формования, содержащем стальной корпус, дно с опорой на подставку и бронечехол,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502716
Дата охранного документа: 27.12.2013
10.01.2014
№216.012.94ad

Технологическая линия получения льняного волокна

Изобретение относится к области обработки льняной тресты на технологической линии получения льняного волокна для пороховой промышленности и гражданского назначения. Технологическая линия получения льняного волокна содержит последовательно установленные по ходу технологического процесса сушилку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503755
Дата охранного документа: 10.01.2014
10.02.2014
№216.012.9f77

Осколочно-фугасный снаряд

Изобретение относится к боеприпасам, а именно, к осколочно-фугасным снарядам для танковых пушек с раскрывающимися после вылета снаряда из ствола лопастями стабилизатора. Осколочно-фугасный снаряд содержит корпус, головной взрыватель, заряд взрывчатого вещества, хвостовой аэродинамический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506531
Дата охранного документа: 10.02.2014
20.03.2014
№216.012.ad09

Способ определения адгезионной прочности скрепления бронепокрытия с зарядом твердого ракетного топлива

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к способу определения адгезионной прочности скрепления бронепокрытия с зарядом твердого ракетного топлива. Способ включает изготовление от забронированного натурного заряда или его «спутника» «образца-диска» с центральным отверстием, выполнение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510012
Дата охранного документа: 20.03.2014
Показаны записи 1-6 из 6.
25.08.2017
№217.015.9d6b

Способ управления космическим аппаратом, снабженным многосопловой двигательной установкой

Изобретение относится к области управления движением космических аппаратов (КА) с помощью многосопловой реактивной двигательной установки (ДУ). Способ позволяет проводить коррекцию орбиты КА путем приложения результирующего вектора тяги ДУ к его корпусу и включает определение коэффициентов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002610793
Дата охранного документа: 15.02.2017
18.05.2018
№218.016.51ec

Спутниковая система связи и наблюдения приэкваториальных широт

Изобретение относится к спутниковым системам (СС) связи и наблюдения, использующим легкие спутники, которые функционируют на низких и средних околоземных орбитах и обеспечивают непрерывное региональное покрытие поверхности Земли. Технический результат состоит в обеспечении непрерывного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002653063
Дата охранного документа: 07.05.2018
31.05.2019
№219.017.7066

Спутниковая система связи и наблюдения в заданном диапазоне широт

Изобретение относится к спутниковым системам (СС) связи и наблюдения, использующим легкие спутники, которые функционируют на низких и средних высотах над поверхностью планет и обеспечивают непрерывное региональное покрытие в заданном диапазоне широт. Технический результат состоит в обеспечении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002689792
Дата охранного документа: 29.05.2019
10.10.2019
№219.017.d3ec

Способ воздействия мелкодисперсными частицами на космические объекты

Изобретение относится к космической технике. Способ воздействия на космические объекты включает воздействие мелкодисперсными частицами посредством их распыления на космические объекты, при этом воздействие осуществляют заряженными мелкодисперсными частицами, которые заряжают статическим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002702478
Дата охранного документа: 08.10.2019
16.05.2023
№223.018.635c

Способ автономной навигации и ориентации космических аппаратов

Изобретение относится к бортовой системе управления космическим аппаратом (КА) для решения задач ориентации и навигации в автономном режиме. Сущность изобретения заключается в измерении приборных координат и яркости звезд, попавших в поле зрения жестко закрепленного на корпусе КА...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002776096
Дата охранного документа: 13.07.2022
20.05.2023
№223.018.678f

Способ выведения космических аппаратов на орбиту

Изобретение относится к области космической техники, в частности к выведению космических аппаратов (КА) на орбиты планет. Способ выведения космических аппаратов на орбиту включает следующие этапы. Ракета-носитель формирует замкнутую опорную орбиту для отделения средства довыведения (СД). СД...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002794486
Дата охранного документа: 19.04.2023
+ добавить свой РИД