Эксплуатация испытательных комплексов ракетно-космических систем (стр. 2 )

, W - угловая скорость вращения, эффективность испытаний

- коэффициент местных сопротивлений

z, Z – коэффициент использования водорода во взрыве, число ступеней в насосе

q, Q – удельный тепловой поток, тепловой поток

Eu – критерий Эйлера

Fr – критерий Фруда

М – число Маха

Re – критерий Рейнольдса

Sh – критерий Струхаля.

а – активный

без – безопасный

в, вз – вода, воздух

взр – взрыв

вн, вх, вых – внешний, входной, выходной

г – горючее, газ

дв – двигатель

з – задержка

ж – жидкость

исп – испарение

к – камера, конечный, колесо

кип – кипение

кр – критический

л – летный

м – модельный

н – натурный, насос, напор, наддув

нас – насыщенный

ном, max, min – номинальный, максимальный, минимальный

0 – начальный

о – окислитель

опт – оптимальный

отр - отрыв

п – пар, подача, пленка, потребный

т – топливо, турбина

ст – стенд, ступень, стенка

АК – азотная кислота

АСУ ТП – автоматизированная система управления технологическими процессами

АТ – азотный тетроксид

ГГ – газогенератор

ДИ, ЗДИ, КВИ и КТИ – доводочные, завершающие доводочные, контрольно-выборочные и контрольно-технологические испытания;

ДУ – двигательная установка

ЖРД – жидкостный ракетный двигатель

ИИУС – информационно-измерительная и управляющая система

ИК – испытательный комплекс

ИО – испытательное оборудование

КВРБ – кислородно-водородный разгонный блок

КПД – коэффициент полезного действия

КПЭО – комплексный план экспериментальной отработки

КРТ – компоненты ракетного топлива

КС – камера сгорания

КСНО – комплекс систем наземного обеспечения

ЛА – летательный аппарат

ЛИ, ЛКИ – летные, летно-конструкторские испытания

МТКС – многоразовая транспортно-космическая система

НДМГ – несимметричный диметилгидразин

НИ, НАИ и НКИ – наземные, наземные автономные и наземные комплексные испытания

ПГС – пневмогидросистема

ПГСП – пнемогидравлическая система питания

ПДК – предельно-допустимая концентрация

ПОН – план обеспечения надежности

ППР – планово-предупредительный ремонт

ПУ – поджигающее устройство

РКК – ракетно-космический комплекс

РКС – ракетно-космическая система, регулирование кажущейся скорости

РСК – регулирование соотношения компонентов

РБ, РН – разгонный блок, ракета-носитель

САЗ – система аварийной защиты

СД – сигнализатор давления

СИ – система измерения

СК – стартовый комплекс

СНиП – строительные нормы и правила

СПВП – система пожаро-взрывопредупреждения

СПГ – сжиженный природный газ

СУ – система управления

ТНА – турбонасосный агрегат

ТНТ – тринитротолуол

ХСИ и ОСИ – холодные и огневые стендовые испытания ДУ

УКСС – универсальный комплекс стенд-старт

ЭО – экспериментальная отработка

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Создание двигательных установок (ДУ) ракетно-космических комплексов (РКК) требует проведения большого объема испытаний двигателей, ДУ и их систем в стендовых и летных условиях. Поэтому успех создания ДУ во многом определяется надежностью и безопасностью эксплуатации испытательных и стартовых комплексов (ИК и СК). При наземных испытаниях применяют сложное оборудование для имитации полетных условий эксплуатации.

В настоящее время многие сооружения ИК и СК эксплуатируются за пределами установленного проектом ресурса, поэтому актуальным является разработка и применение методов не разрушающего контроля основных систем и оборудования стенда и специальных методик проведения периодических ремонтов с целью продления их ресурса.

Многие компоненты ракетного топлива (КРТ) отличаются высокой химической активностью, токсичностью, взрыво- и пожароопасностью. Продукты полного и частичного окисления КРТ содержат вредные соединения: окись углерода, углекислый газ, окислы азота (NOx) и др.

Выбросы продукты сгорания из камер сгорания и выхлопных трактов турбины и остатки КРТ из баков ракет попадают в атмосферу Земли и литосферу при падениях отработанных ступеней, а также при аварийных ситуациях. Для уменьшения вредного влияния указанных факторов на окружающую среду на испытательных стендах и стартовых комплексах применяют специальное технологическое оборудование, обеспечивающее нейтрализацию и улавливание вредных выбросов (проливов КРТ, выбросов продуктов сгорания, токсичных и взрывоопасных газов).

В представленной монографии сделана попытка обобщения материалов из отечественной и зарубежной литературы по эксплуатации испытательных и стартовых комплексов и обеспечению экологической безопасности испытаний, охватывающих актуальные проблемы:

- методологии экспериментальной отработки ДУ ракет-носителей (РН) и разгонных блоков (РБ) с применением различных КРТ;

- технологии испытаний с имитацией полетных условий эксплуатации;

- основ устройства ЖРД, ДУ, систем и оборудования испытательных и стартовых комплексов;

- основ проектирования, расчета систем обеспечения испытаний и проведения профилактических ремонтных работ и диагностики систем испытательных стендов для продления ресурса эксплуатации;

- создания современных средств выведения ракетно-космической техники;

- обеспечения надежности двигательных установок на этапе экспериментальной отработки и эксплуатации.

 

Глава 1

МЕТОДОЛОГИЯ ОТРАБОТКИ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ДВИГАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК НА ОГНЕВЫХ СТЕНДАХ

1.2.         Основные особенности ракетных двигателей и систем двигательных установок

 

Летательный аппарат представляет собой комплекс взаимосвязанных агрегатов (систем), в которых происходят разнообразные процессы. Под системой понимается комплекс взаимодействующих элементов, которые находятся в функциональной взаимосвязи и рассматриваются как простейшие звенья в структурной схеме летательного аппарата.

Основной системой летательного аппарата (ЛА) является двигательная установка (рис. 1.1), которая состоит из следующих подсистем:

- бак горючего и окислителя с магистралями питания и заправки;

- система наддува, в частности, горячим газом, отбираемым из двигателя;

- бустерный насосный агрегат;

- двигатель с турбонасосным агрегатом (ТНА).

Наиболее напряженным элементом ДУ является двигатель, который требует проведения длительного этапа отработки с целью обеспечения заданной надежности.

Рассматриваемые двигатели ЛА могут работать не только в атмосферных условиях, но и в условиях вакуума.

Двигатели ЛА многообразны и классифицируются по различным признакам.

1. По назначению: двигатели ЛА и двигатели космических комплексов (маршевые, вспомогательные, корректирующие, тормозные и др.).

2. По применяемому топливу: двигатели, работающие на высококипящих (температура кипения Ткип > 300 K), низкокипящих (Ткип < 300 K), криогенных (Ткип < 120 K) и тиксотропных (с добавками металлов в виде мелкодисперсного порошка) компонентах топлива.

3. По типу системы подачи топлива: двигатели с вытеснительной и насосной подачей топлива.

 

Рис. 1.1. Принципиальная схема двигательной установки:

1 – бак “Г” с магистралями питания; 2 – бак “О” с магистралями питания; 3 – блок наддува баков; 4 – бустерный насосный агрегат; 5 – двигатель с ТНА

 

4. По числу возможных включений: двигатели одноразового включения и многоразового включения.

5. По числу использования: двигатели однократного и многократного применения.

6. По схеме газогенерации: двигатели без дожигания генераторного газа (“открытая” схема) и двигатели с дожиганием генераторного газа (“замкнутая” схема).

Основные характеристики ЛА зависят от свойств и особенностей применяемого на нем двигателя. Поэтому к двигателю предъявляются очень жесткие требования.

Двигатель должен развивать возможно больший удельный импульс тяги, что подтверждается формулой , согласно которой скорость ЛА в конце активного участка траектории (а) составляет (без учета силы тяжести и сопротивления воздуха)

(1.1)

где Jуд – удельный импульс тяги, отношение тяги двигателя к суммарному массовому секундному расходу топлива;

m0 , mк – масса ЛА в момент старта и в конце активного участка траектории.

Собственная масса двигателя должна быть как можно меньшей при данной тяге, что равнозначно требованию минимальной удельной массы двигателя (). С этой точки зрения стремятся к повышению давления в камере сгорания, что способствует снижению .

Надежность работы двигателя должна быть высокой. Надежность двигателя в значительной мере определяет надежность ЛА, поэтому при создании ЛА необходимо предусматривать резервирование основных элементов.

Эксплуатация двигателя должна быть безопасной и по возможности несложной, а его конструкция – простой по технологии изготовления и дешевой.

К двигателям боевых ЛА предъявляются также следующие требования: пуск двигателя должен производиться в течение короткого промежутка времени, а хранение аппарата с двигателем, подготовленным к пуску (заправленным), должно быть достаточно длительным.

К двигателям космических аппаратов предъявляются дополнительные требования, вытекающие из специфики их работы в условиях разреженной среды и невесомости.

Определенные требования к двигателям, зависящие от их назначения, предъявляются и в области регулирования параметров, автоматизации работы и контроля.