CC BY
80
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 2012
гателями для решения задач орбитального маневрирования малых космических аппаратов / В. Н. Блинов, Е. Б. Чарушина, В. В. Шалай // Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-космической и авиационной техники : матер. шестой Всерос. науч. конф., посвящ. памяти гл. конструктора ПО «Полет» А. С. Клинышкова / Федерация космонавтики России [и др.]. — Омск, 2011. — С. 39 — 45.
2. Блинов, В. Н. Исследование динамики запуска электротермических микродвигателей на газообразном аммиаке / В. Н. Блинов, В. И. Рубан, В. В. Косицын // Динамика систем, механизмов и машин : матер. VII Межд. науч.-техн. конф. — Омск, 2009. - С. 171-177.
3. Исследование параметров двигательной установки микротяги на аммиаке по результатам натурных испытаний / В. Н. Блинов [ и др.] // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. — 2010. — № 2 (90). — С. 90-93.
4. Рабочие процессы скоростной высокотемпературной газификации жидкого аммиака в условиях глубокого вакуума при истечении через ограниченный объем : отчет по проекту № 2.1.2/7153 аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009 — 2010 годы)» (заключ.) : 38 — 44 / Омский государственный технический университет ; рук. Блинов В. Н.; исполн. : Шалай В. В. [и др.]. — Омск, 2010. — 105 с.
БЛИНОВ Виктор Николаевич, доктор технических наук, профессор, зам. главного конструктора ПО «Полет» — филиала ФГУП ГКНПЦ им. М. В. Хру-ничева.
ШАЛАИ Виктор Владимирович, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Транспорт и хранение нефти и газа, стандартизация и сертификация», ректор Омского государственного технического университета.
ХОДОРЕВА Елена Викторовна, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Транспорт и хранение нефти и газа, стандартизация и сертификация» Омского государственного технического университета.
ЧАРУШИНА Елена Борисовна, старший преподаватель кафедры «Транспорт и хранение нефти и газа, стандартизация и сертификация» Омского государственного технического университета.
Адрес для переписки: kb@polyot.su
Статья поступила в редакцию 10.01.2012 г.
© В. Н. Блинов, В. В. Шалай, Е. В. Ходорева, Е. Б. Чарушина
УДК 629.764.001.76 в. Н. БЛИНОВ
В. В. ШАЛАЙ Е. В. ХОДОРЕВА
ПО «Полет» — филиал ГКНПЦ им. М. В. Хруничева, г. Омск
Омский государственный технический университет
ВЫБОР
И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИХ МИКРОДВИГАТЕЛЕЙ С АВТОНОМНЫМ НАГРЕВАТЕЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ С УВЕЛИЧЕННОЙ ТЯГОЙ
Проведены выбор и представлены результаты экспериментальных исследований электротермических микродвигателей с тягой 0,04 Н, 0,05 Н с автономным нагревательным элементом.
Ключевые слова: электротермический микродвигатель, тяга, удельный импульс тяги.
Проведенные с участием авторов исследования электротермического микродвигатели (ЭТМД) с автономным нагревательным элементом касались ЭТМД с тягой 0,03 Н [1]. Требование по снижению времени орбитального маневрирования малых космических аппаратов выдвинуло актуальную задачу по выбору, созданию и экспериментальным исследованиям ЭТМД с повышенной тягой 0,04 Н, 0,05 Н [2].
В качестве метода выбора принципиальной схемы ЭТМД с автономным нагревательным элементом
повышенной тяги (0,04 Н, 0,05 Н) использован многокритериальный метод — метод структурного проектирования, согласно которому структура ЭТМД представлена в виде множества (рис. 1):
^этмд' ^к), (1)
где Бб — множество структурных параметров, формирующих базовую структуру, используемую для создания ЭТМД как с тягой 0,04 Н, так и для создания ЭТМД с тягой 0,05 Н;
— множество структурных параметров, формирующих различные комплектующие структуры, используемые совместно с базовой структурой для создания ЭТМД с тягой 0,04 Н, и для создания ЭТМД с тягой 0,05 Н.
Разработанный подход обеспечивает установку любых сопел: конических, профилированных, с различной геометрией критических сечений и срезов сопел. В качестве автономного нагревательного элемента использован трубчатый электронагреватель ТЭНУ8.0-5.0-6.0/0.060-Т-12 с двумя термопарами, соответствующий ГОСТ 3268-88 и ТУ 3443-00210841166-94.
Преимуществом данного ЭТМД является то, что он позволяет реализовывать «горячую» схему запуска, являющуюся более эффективной по сравнению с «холодной» схемой запуска.
Используя метод структурного проектирования, были созданы два экспериментальных образца ЭТМД с автономным нагревательным элементом с тягой 0,04 Н и 0,05 Н и проведены экспериментальные исследования в вакуумной установке на азоте (рис. 2, 3). Цели экспериментальных исследований:
— измерение расхода газа через ЭТМД и через сопла для определения давления в камере и определения гидравлических потерь;
— исследования температурных характеристик ЭТМД при различных расходах и потребляемой мощности.
Расход газа (азот) в экспериментах измерялся регулятором расхода газа компании ЛаИЪогд (США), подключенным в режиме массового расходомера.
Относительное давление газа на входе в ЭТМД и сопло измерялось в вакуумной камере с помощью прецизионного манометра, помещенного в вакуумную камеру. Полное давление газа определялось расчетным путем. Относительное давление газа на входе суммировалось с остаточным давлением газа в вакуумной камере, которое было рассчитано из условия установившегося давления при откачке газа при постоянном натекании в камеру, численно равном измеренному расходу газа в эксперименте.
Изменение расхода газа через ЭТМД с диаметром критического сечения сопла 1,4 мм приведен на рис. 4. На рис. 5 приведено изменение давления на входе в ЭТМД от расхода через ЭТМД с диаметром критического сечения 1,4 мм.
Изменение расхода газа через ЭТМД с диаметром критического сечения 1,52 мм приведен на рис. 6.
На рис. 7 приведено изменение давления на входе в ЭТМД от расхода через ЭТМД с диаметром критического сечения 1,5 мм.
Для ЭТМД с тягой 0,04 Н, диаметром критического сечения сопла 1,4 мм были получены следующие результаты (Траз — температура разогрева конструкции или газа, град. С, 1 ЭТМд — время работы (разогрева) ЭТМД, с):
— разогрев без газа, мощность 20,79 Вт: Т =
= 370 °С; 1 этмд=270 с;
— разогрев без газа, мощность 41,8 Вт: Т аз = = 800 °С; 1 ЭТМд = 380 с;
— выход на стационарную температуру, расход азота 29,58 мг/с, мощность 41,80 Вт: Траз = 680 °С; 1этмд = 500 с;
— выход на стационарную температуру, расход азота 29,58 мг/с, мощность 52,46 Вт: Траз = 720 °С;
1 =450 с;
этмд '
— выход на стационарную температуру, расход азота 29,58 мг/с, мощность 62,98 Вт: Траз = 810 °С; 1этмд=400 с;
— выход на стационарную температуру, расход азота 29,58 мг/с, мощность 68,6 Вт: Траз = 860 °С; 1этмд = 300 с;
— выход на стационарную температуру, расход азота 41,42 мг/с, мощность 68,6 Вт: Т =825 °С;
раз
1 =400 с;
этмд '
— выход на стационарную температуру, расход азота 50,29 мг/с, мощность 68,6 Вт: Траз = 800 °С; 1этмд 50 с;
— выход на стационарную температуру, расход азота 56,21 мг/с, мощность 68,6 Вт: Траз = 780 °С; 1этмд = 300 с;
— выход на стационарную температуру, расход азота 62,13 мг/с, мощность 68,6 Вт: Траз = 755 °С; 1этмд = 350 с.
Изменение стационарной температуры ЭТМД тягой 0,04 Н в зависимости от мощности нагрева при расходе азота 29,58 мг/с приведено на рис. 8.
Изменение стационарной температуры ЭТМД тягой 0,04 Н в зависимости от расхода азота при мощности нагрева двигателя 68,60 Вт приведено на рис. 9.
Для ЭТМД с тягой 0,05 Н, диаметром критического сечения сопла 1,52 мм были получены следующие результаты:
— разогрев без газа, мощность 20,79 Вт: Т аз = = 330 °С; 1 ЭТМд = 270 с;
— разогрев без газа, мощность 41,80 Вт: Т аз = = 580 °С; 1 ЭТМд = 230 с;
Базовая структура
3 4 5
Рис. 1. Схема ЭТМД с базовыми (2-5) и комплектующими (1) структурами с коническим
и профилированным соплами:
1 — сменные сопла; 2 — корпус внешний;
3 — корпус внутренний с газоводами в виде двухзаходной резьбы;
4 — формирователь газового потока; 5 — нагреватель
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 2012 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 2012
%
Рис. 2. Схема создания и установки в теплозащитном кожухе экспериментальных образцов ЭТМД с автономным нагревательным элементом с тягой 0,04 Н, 0,05 Н
Рис. 3. Установка ЭТМД в вакуумной камере (колпак камеры и теплозащитный кожух не показаны)
Рис. 4. Изменение расхода через ЭТМД с диаметром критического сечения 1,4 мм
Рис. 5. Изменение давления на входе в ЭТМД от расхода через ЭТМД с диаметром критического сечения 1,4 мм
70
60
50
40
30
20
10
0
Расход, мг/с
—И змер ени я
Д авл эни э,кП
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38
Рис. 6. Изменение расход газа через ЭТМД с диаметром критического сечения сопла 1,52 мм
Рис. 7. Изменение давления на входе в ЭТМД от расхода через ЭТМД с диаметром критического сечения сопла 1,5 мм
азота
и™. =
азота
и™. =
азота ^ЭТМД ""
азота ^ЭТМД ""
азота
и™. =
выход
29.58 = 350 с; выход
29.58 300 с;
выход
29.58 350 с;
выход
29.58 300 с;
выход 41,42 200 с
на стационарную температуру, мг/с, мощность 41,80 Вт: Т =
' 1 ' раз
на стационарную температуру, мг/с, мощность 50,02 Вт: Траз =
на стационарную температуру, мг/с, мощность 59,85 Вт: Т =
раз
на стационарную температуру, мг/с, мощность 71,05 Вт: Траз =
на стационарную температуру, мг/с, мощность 71,05 Вт: Т =
раз
расход 570 °С;
расход 650 °С;
расход 750 °С;
расход 850 °С;
расход 820 °С;
— выход на стационарную температуру, расход азота 50,29 мг/с, мощность 71,05 Вт: Т =800 °С;
' ' 1 ' раз '
^ЭТМД 350 с;
— выход на стационарную температуру, расход азота 56,21 мг/с, мощность 71,05 Вт: Траз = 780 °С;
^ЭТМД 300 с;
— выход на стационарную температуру, расход азота 62,13 мг/с, мощность 71,05 Вт: Т =760 °С;
раз
^ЭТМД 300 с-
Изменение стационарной температуры ЭТМД тягой 0,05 Н в зависимости от мощности нагрева при расходе азота 29,58 мг/с приведено на рис. 10.
Изменение стационарной температуры ЭТМД тягой 0,05 Н в зависимости от расхода азота при мощности нагрева двигателя 71,05 Вт приведено на рис. 11.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 2012 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 2012
Рис. 8. Изменение стационарной температуры ЭТМД тягой 0,04Н в зависимости от мощности нагрева при расходе азота 29,58 мг/с
Рис. 9. Изменение стационарной температуры ЭТМД тягой 0,04Н в зависимости от расхода азота при мощности нагрева двигателя 68,60 Вт
Рис. 10. Изменение стационарной температуры ЭТМД тягой 0,05Н в зависимости от мощности нагрева при расходе азота 29,58 мг/с
Рис. 11. Изменение стационарной температуры ЭТМД тягой 0,05Н в зависимости от расхода азота при мощности нагрева двигателя 71,05 Вт
Проведенные экспериментальные исследования показали, что для ЭТМД с тягой 0,04 Н, 0,05 Н могут быть получены высокие значения удельного импульса тяги, соответствующие нагреву газа до температур (800 — 850) °С, при энергопотреблении (68 — 71) Вт. Данные экспериментальные исследования будут использованы для разработки уточненной математической модели ЭТМД.
Библиографический список
1. Блинов, В. Н. Результаты испытаний электротермического микродвигателя с автономным нагревательным элементом / В. Н. Блинов, В. В. Косицын, В. И. Рубан // Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-космической и авиационной техники : матер. пятой Всерос. науч. конф., посвящ. памяти гл. конструктора ПО «Полет» А. С. Клиныш-кова. — Омск, 2010. — С. 34 — 36.
2. Рабочие процессы скоростной высокотемпературной газификации жидкого аммиака в условиях глубокого вакуума при истечении через ограниченный объем: отчет по проекту № 2.1.2/10698 аналитической ведомственной целевой прог-
раммы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009 — 2011 годы)» (заключ.): 10—19 / Омский государственный технический университет ; рук. Блинов В. Н. ; исполн. : Шалай В. В. [и др.]. — Омск, 2010. — 139 с.
БЛИНОВ Виктор Николаевич, доктор технических наук, профессор, зам. главного конструктора ПО «Полет» — филиала ФГУП ГКНПЦ им. М. В. Хру-ничева.
ШАЛАИ Виктор Владимирович, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Транспорт и хранение нефти и газа, стандартизация и сертификация», ректор Омского государственного технического университета.
ХОДОРЕВА Елена Викторовна, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Транс -порт и хранение нефти и газа, стандартизация и сертификация».
Адрес для переписки: va1era_kositsin@mai1.ru
Статья поступила в редакцию 10.01.2012 г.
© В. Н. Блинов, В. В. Шалай, Е. В. Ходорева
Книжная полка
Ломова, О. С. Точность обработки деталей на круглошлифовальных станках / О. С. Ломова, С. М. Ломов, А. П. Моргунов. - М. : Технология машиностроения, 2011. - 174 с. - ISBN 978-589882-015-2.
В книге излагаются вопросы обеспечения точности обработки деталей на круглошлифовальных станках. Основное внимание уделено теоретическому обоснованию закономерностей образования отклонения формы при шлифовании гладких цилиндрических прерывистых поверхностей деталей и ее роли в составе суммарной погрешности обработки, а также оценке влияния технологических факторов на отклонения точности размера и формы деталей. Представлено математическое моделирование формообразования поверхности детали при круглом врезном шлифовании и расчет радиального смещения оси детали при ее вращении в центрах станка. Предложены разработанные методы, устройства и приспособления, повышающие точность обработки гладких цилиндрических деталей, а также деталей с прерывистыми цилиндрическими поверхностями в центрах круглошлифовальных станков. Книга предназначена для инженерно-технических и научных работников машиностроительных предприятий, научных организаций, вузов и может быть полезна студентам и аспирантам вузов машиностроительных специальностей.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (107) 2012 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
