Эксплуатация испытательных комплексов ракетно-космических систем (стр. 30 )

 

компонентом топлива. Определяют начальный интегральный коэффициент теплопроводности теплоизоляции по формуле:

, (5.7)

где  - эффективная теплопроводность теплоизоляции; Fпов - площадь смоченной поверхности бака; Тпов, Тж - температура наружной поверхности теплоизоляции и жидкости в баке; - суммарный теплоприток к топливу в баке, определенный по расходу через дренажное устройство 3 пара кипящей жидкости; Qтм - теплоприток через тепловые мосты; S - толщина пакета изоляции.

В процессе проведения испытания включают подачу воздуха через распылитель 4 на обдув бака с теплоизоляцией. Запускают газогенератор 5, который обеспечивает получение температуры, равной натурной (датчик 6), и после смещения его продуктов сгорания газогенератора с потоком воздуха обеспечивается обдув теплоизоляции.

Регулируют скорость движения набегающего потока, изменяя расход воздуха через распылиПри этом скорость горячего потока выбирают из условий обеспечения равенства натурному значению напряжения трения на поверхности модели. Для иллюстрации на рис. 5.8 показан характер изменения по времени напряжения трения  и температуры набегающего потока при имитации аэродинамического нагружения теплоизоляции. После прекращения обдува дозаправляют бак и определяют величину .

Рис.5.8. Характер изменения температуры Т и напряжения трения τтр

на поверхности теплоизоляции по времени при имитации

аэродинамического воздействия потока

 

Представленная ЭУ позволяет производить один вид нагружения. При испытаниях теплоизоляции на практике предусматривают комплексное воздействие различных факторов в виде цикла последовательного нагружения объекта испытаний. Критерием оценки работоспособности теплоизоляции после отдельных нагружений или цикла нагружений является изменение величины эффективного коэффициента теплопроводности, определенного по всей ее поверхности:

, (5.8)

где  - эффективный коэффициент теплопроводности пакета теплоизоляции для расчетных условий работы и полученный после нагружений на ЭУ соответственно;  - допустимые потери качества теплоизоляции в условиях эксплуатации.

 

5.1.5. Отработка агрегатов пневмоавтоматики и регулирования

 

Испытание агрегатов пневмоавтоматики ПГС ДУ проводятся на ЭУ в рамках конструкторских и контрольных этапов отработки, в задачи которых входят: проверка срабатываний агрегатов при режимах эксплуатации, определение гидравлических характеристик и герметичности агрегатов, оценка ресурса и надежности функционирования агрегатов.

Необходимость их испытаний на натурном рабочем теле связана с различным уровнем деформации деталей конструкции агрегатов, выполненных из разнородных материалов, при их охлаждении до криогенных температур. При этом возможны отказы в срабатывании агрегатов или изменение их гидравлических характеристик. Кроме того, в контактной зоне (например, в месте посадки тарели клапана на седло) из-за термоупругих деформаций возможна разгерметизация, из-за которой утечки рабочего тела увеличиваются выше допустимых значений. Утечки рабочего тела увеличивают пожаро- и взрывоопасность при эксплуатации ДУ или ведут к потере ее суммарного импульса тяги (энерговооруженности).

По функциональному назначению агрегаты пневмоавтоматики различают следующим образом: клапаны запорные, предохранительные и регулирующие (дроссельные). В соответствии с назначением клапанов и режимами их эксплуатации они подвергаются на ЭУ различным видам воздействия.

На рис. 5.9 приведена принципиальная пневмогидравлическая схема ЭУ для определения работоспособности, гидросопротивления и герметичности запорного клапана на криогенном рабочем теле. Клапан 1 помещен в кожух 2, в котором путем продувки охлажденным или нагретым газом обеспечивается имитация рабочего уровня температуры натурной окружающей среды и начальной температуры конструкции клапана. При

Рис. 5.9. Принципиальная пневмогидравлическая схема ЭУ для определения работоспособности отсечного агрегата пневмоавтоматики

открытых клапанах 3 и 4 объект испытания захолаживают до рабочих температур и проливает криогенной жидкостью под давлением, создаваемым в стендовой емкости или в насосе. В процессе проливки определяют время открытия и закрытия клапана, гидросопротивление клапана в диапазоне рабочих режимов расхода рабочего тела. Расход рабочего тела регулируют дросселем 5, а гидросопротивление определяют по показаниям датчика перепада давлений 6. По результатам проливок строят графики зависимости перепада давлений от расхода  или приводят несколько замеренных значений перепада давлений на клапане  к номинальному расходу:

. (5.9)

Номинальное значение  подсчитывается как среднее значение для N экспериментов, полученных приведенных значений .

Величины негерметичности клапана в прямом или обратном направлении определяют по датчикам расхода газа 7, а величины негерметичности управляющей полости открытием и закрытием клапана - по датчикам расхода газа 8.

 

5.1.6. Определение характеристик системы топливоподачи ДУ

 

Современные тенденции по уменьшению массы ДУ, работающих на криогенных рабочих телах, предполагают снижение давления в баках системы топливоподачи до величин, близких к состоянию насыщения компонентов топлива. Это приводит к образованию двухфазного потока в элементах систем топливоподачи и оказывает отрицательное влияние на работу ДУ, проявляющееся в увеличении гидросопротивления магистралей, в появлении низкочастотных колебаний и в уменьшении кавитационного запаса насосов.

Механизм образования двухфазного потока может быть проиллюстрирован с помощью диаграммы, представленной на рис. 5.10, где штриховкой отмечена область возможных термодинамических состояний рабочего тела в период эксплуатации ДУ. Кривые 1 и 2 условно изображают состояние насыщения рабочего тела при наличии растворенного в жидкости газа, когда рабочее тело является химически чистой жидкостью. При течении топлива в магистрали питания снижение давления по линии 3-4-5 или снижение давления с подогревом по линии 3-6-7-8 приводит к образованию двухфазного рабочего тела.

Рис. 5.10. Фазовая диаграмма для криогенного рабочего тела:

1 - линия газонасыщения топлива при конкретной величине концентрации газа в растворе; 2 - линия насыщения химически чистого топлива; 3 - точка, соответствующая состоянию недонасыщения топлива; 4 и 6 - точки, соответствующие насыщению газосодержащего топлива; 5, 7 и 8 - точки, соответствующие насыщению химически чистого топлива; ркр и Ткр - значения давления и температуры в критической точке;

ртр.т и Ттр.т- значения давления и температуры в тройной точке

 

Кроме того, весьма острой является проблема продольных колебаний ЛА, которые возбуждаются в системе упругий корпус - топливные магистрали - двигатель. Случайно возникшие продольные упругие колебания корпуса вызывают колебания давления на входе в насосы, что приводит к колебаниям давления в камере сгорания двигателя и, следовательно, к колебаниям тяги, усиливающим первоначально возникшие колебания корпуса. Динамическая неустойчивость такого типа обычно проявляется на частотах, близких к частоте основного тона продольных колебаний корпуса, либо к частоте жидкости в одной из топливных магистралей. Значение частот могут быть от 0 до 20 Гц.

Перечисленные явления в конечном итоге могут привести к увеличению времени выхода на требуемый режим работы, к потере продольной устойчивости конструкции ДУ, к аварийному исходу в работе двигателя, а также к нарушению устойчивого полета ЛА.

В связи с этим возникают задачи определения характеристик системы топливоподачи при минимальных значениях давлений на входе в двигатель и при возбуждении колебаний рабочего тела в тракте от бака до двигателя.

По существу решение задачи сводится к определению критического кавитационного запаса насосов при работе на двухфазном газонасыщенном или кипящем топливе и к определению амплитудо-фазочастотной характеристики магистрали питания при возбуждении колебаний в ней. На высококипящих компонентах топлива указанные характеристики определяют, как правило, на воде с последующим пересчетом на рабочую жидкость. Такой подход для систем питания, работающих на криогенных компонентах топлива, неприемлем из-за больших трудностей в оценке термодинамических и тепло- и массообменных процессов, происходящих в элементах подачи топлива.

Эксперименты проводят на натурных криогенных компонентах топлива непосредственно при комплексных испытаниях двигателей, (если есть уверенность, что исключается аварийный исход таких испытаний) или на специально созданных экспериментальных установках.

На рис. 5.11. приведена принципиальная пневмогидравлическая схема ЭУ для испытаний системы топливоподачи в случаях, когда в системе питания ДУ на участке от бака до двигателя топливо становится насыщенным газом или прогретым до насыщения и образуется двухфазный поток.