Модернизация системы измерения тяги на испытательных стендах Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Секция «Двигатели и энергетические установки летательньх и космических аппаратов»

УДК 621.454.2

МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЯГИ НА ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ СТЕНДАХ

А. В. Веселов, А. В. Бархатова, Е. Н. Ярцев Научный руководитель - В. Ю. Журавлев

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 E-mail: Veselov.andrey2009@yandex.ru, vz@sibsau.ru

Предлагается совершенствование методики измерения тяги на испытательных стендах. Изучены существующие методики, проанализированы недостатки и предложена возможность введения тензометрических датчиков силы.

Ключевые слова: испытательные стенды, измерение тяги.

MODERNIZATION OF SYSTEMS THRUST MEASUREMENT ON THE TEST BENCH

A. V. Veselov, A. V. Barkhatova, Е. Т. Yarcev Scientific supervisor - V. Yu. Zhuravlyov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: Veselov.andrey2009@yandex.ru, vz@sibsau.ru

The paper proposes to improve the methods of measurement of thrust on test benches. Studied the existing methods, analyzed the shortcomings and suggested the possibility of introducing strain gauge force sensors.

Keywords: test benches, measuring rod.

Важнейшей задачей при испытании изделий ракетно-космической техники является обеспечение качества и надежности функционирования. Жидкостный ракетный двигатель представляет собой изделие, работающий в условиях больших давлений, температур, инерционных и динамических нагрузок [1].

Испытания ракетных двигателей осуществляются на специально оснащенных испытательных комплексах. Испытательные комплексы состоят из стендов для установки двигателей; наблюдательных бункеров, из которых осуществляется управление процессом испытаний; емкостей для хранения компонентов топлива; химических, измерительных, вычислительных и других лабораторий; производственных и приборных мастерских, монтажных помещений для проведения работ с двигателем до и после испытания; различных энергетических систем для обеспечения стендов и производственных служб водой, паром, воздухом и инертными газами высокого давления; административных и бытовых помещений, а также вспомогательных служб [2; 3].

Основным помещением стенда является бокс (огневой отсек), расположенный консольно по отношению к корпусу стенда (см. рисунок). В огневом отсеке двигатель монтируется к раме тягоиз-мерительного устройства. Над огневым отсеком расположена система измерения и тарировки тяги двигателя. Усилие передается на рамы двигателя посредством вертикальных штанг, проходящих через окно в потолке огневого бокса. В верхней части стенда расположены отсеки горючего и окислителя, в которых размещаются топливные расходные баки с системами термостатирования, системы питания двигателя топливом рядом находятся баллоны со сжатым газом для наддува топливных баков. Для обеспечения гидродинамического подобия в отсеке тягоизмерительного устройства расположены взаимоизолированные разделительные емкости.

Ниже нулевой отметки размещены дополнительные топливные баки, предназначенные для обеспечения возможности проведения опытных работ на новых, более перспективных компонентах. Наддув баков осуществляется из баллонной.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2015. Том 1

Стенд эксплуатируется длительное время и претерпел ряд модернизаций. Однако конструкция тягоизмерительного устройства сохранилась в оригинальном варианте изготовления и к настоящему времени морально устарела. Тягоизмерительное устройство (см. рисунок, позиция 5) входит в систему измерений параметров двигателя при испытаниях и состоит из преобразователя тяги в электрический сигнал, передающего его на аналого-цифровой преобразователь. Преобразователь тяги представляет собой упругий элемент, преобразующий перемещения в электрический сигнал.

Схема стенда для огневых испытаний ЖРД: 1 - канал; 2 - лоток; 3 - газоотводная труба; 4 - огневой отсек; 5 - двигатель; 6,12 - системы питания двигателя топливом; 7 - баллоны со сжатым газом; 8 - тягоизмерительное устройство; 9 - взаимоизолированные разделительные емкости; 10, 11 - расходные баки; 13 - дополнительные топливные баки; 14 - баллонная; 15 - вентиляция; 16 - специальная система; 17 - топливохранилище; 18 - тоннель; 19 - пункт управления; 20 - устройств из пультовой; 21 - приборы системы

измерения

Основным недостатком существующей конструкции преобразователя тяги является трудоемкость процесса градуировки. При градуировке преобразователь тяги через систему рычагов нагружается съемным набором гирей значительной массы. В системе рычагов действуют значительные усилия, на поверхностях контакта рычагов напряжения вызывают износ материала и изменение коэффициента преобразования усилий. Градуировка проводится перед каждым испытанием ЖРД по нескольким повторяющимся циклам последовательного навешивания возрастающих масс. Установка и снятие гирей производится работниками вручную, что требует значительных физических усилий и затрат времени.

Для облегчения, ускорения и повышения точности процесса градуировки тягоизмерительного устройства предлагается заменить систему рычагов и нагружение гирями на гидравлический привод с тензометрическими или пьезометрическими преобразователями.

Библиографические ссылки

1. Технология производства жидкостных ракетных двигателей : учебник / В. А. Моисеев, В. А. Тарасов, В. А. Колмыков и др. / под ред. В. А. Моисеева, В. А. Тарасова. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008. 381 с.

2. Испытания жидкостных ракетных двигателей : учеб. пособие для авиац. специальностей вузов / А. Е. Жуковский, В. С. Кондрусев, В. Я. Левин и др. / под ред. В. З. Левина. М. : Машиностроение, 1981. 199 с., ил.

3. В Воробей. В., Логинов В. Е. Технология производства жидкостных ракетных двигателей. М. : Изд-во МАИ, 2001.

© Веселов А. В., Бархатова А. В., Ярцев Е. Н., 2015