Особенности проектирования технологических приспособлений для гидравлических испытаний насосов жидкостных ракетных двигателей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

<Тешетневс^ие чтения. 2016

- камера нагрева, равномерно прогревает расходный материал до необходимой температуры, обеспечивая требуемую вязкость для выдавливания через сопловой аппарат;

- камера охлаждения, необходима для поддержания еще не использованного расходного материала в пластичном состоянии. Это позволяет создавать точное давление в камере нагрева, тем самым обеспечивая высокое качество печати.

Таким образом, применение комбинированного осесимметричного экструдера при печати тугоплавким воском позволяет ускорить процесс получения выплавляемых моделей при сохранении геометрической точности поверхности детали.

Библиографические ссылки

1. Торгашин А. С., Бегишев А. М., Кубриков М. В. Влияние уменьшения деламинации на прототипиро-вание ракетно-космических двигателей // Решетнев-ские чтения. 2015. Т. 1, № 19. С. 179-180.

2. Торгашин А. С., Леонгард А. Ю., Кубриков М. В. Влияние динамического позиционирования каретки экструдера на 3D-печать // Решетневские чтения. 2015. Т. 1, № 19. С. 352-353.

3. Шкленник Я. И., Озеров В. А. Литье по выплавляемым моделям. М. : Машиностроение, 1984. 408 с.

References

1. Torgashin A. S., Begishev A. M., Kubrikov M. V. Effect of reduction of delamination on the prototyping of space-rocket engines. Reshetnev readings. 2015. Vol. 1, № 19. P. 179-180.

2. Torgashin A. S., Leonhard A. Y., Kubrikov M. V. Impact of dynamic positioning extruder carriage on 3D-press. Reshetnev readings. 2015. Vol. 1, № 19. P. 352-353.

3. Shklennik Ya. I., Ozerov V. A. Casting on the melted models. М. : Mechanical Engineering, 1984. 408 р.

© Кубриков М. В., 2016

УДК 621.45

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ НАСОСОВ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

А. Н. Носов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Рассматривается особенность конструкции приспособлений для гидродинамических испытаний насосов ЖРД.

Ключевые слова: турбонасосный агрегат (ТНА), жидкостные ракетные двигатели, гидродинамические испытания, приспособление для испытаний.

FEATURES OF DESIGN OF TECHNOLOGICAL DEVICES FOR HYDRODYNAMIC TESTS OF PUMP

LIQUID ROCKET ENGINES

A. N. Nosov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

The material specifies a design feature of devices to test pump for liquid rocket engines.

Keywords: Turbopump unit, liquid rocket engines, hydrodynamic tests, testing jig.

В маршевых двигателях летательных и космических аппаратов в системах подачи топлива широко применяется турбонасосная система, главным элементом которой является турбонасосный агрегат (ТНА).

Высокие требования к надежности и устойчивости работы ТНА определяют решение комплексной задачи проектирования и промышленного производства динамических насосов. Особое внимание при этом уделяется сборке и гидравлическим испытаниям на-

сосов, являющихся самостоятельными функциональными узлами ТНА.

Гидравлические испытания насосов являются важным этапом технологического цикла изготовления ТНА ЖРД. Они предназначены для определения конкретных параметров и характеристик насосов, проверки качества и стабильности технологии производства ТНА. Классификация испытаний насосов ЖРД основана на признаках, характеризующих назначение, содержание и состав испытаний [1].

¡Проектирование, производство и испытания двигателей летательных, аппаратов

Технологическая схема сборки насоса с осевым подводом: 1 - патрубок входа; 2 - фланец; 3 - болт; 4 - кольцо; 5 - шпилька; 6 - планшайба; 7 - штуцер; 8 - крышка; 9 - кольцо стопорное; 10 - подшипник; 11 - манжета; 12 - импеллер; 13 - подшипник; 14 - гайка; 15 - колесо со шнеком; 16 - вал; 17 - шайба; 18 - гайка

При разработке конструкций приспособления, представленного на рисунке, руководствуются следующими общими требованиями, обеспечивающими решение поставленных задач:

1. Гидравлический тракт насоса, собранного на приспособлении для испытаний, должен быть идентичен гидравлическому тракту насоса в составе ТНА.

2. Приспособление должно иметь устройство для передачи крутящего момента от вала испытательного стенда на ротор насоса.

3. Приспособление должно обеспечивать установку насоса на испытательный стенд с соосностью не ниже 0,05 мм, что соответствует соосности ротора в составе ТНА.

4. Соосности и биения поверхностей корпусных и вращающихся деталей насоса не должны превышать соответствующие величины при товарной сборке ТНА.

5. Конструкция приспособления должна обеспечивать проточное охлаждение технологических подшипников [2].

Основным узлом приспособления является планшайба, которая несет на себе все другие детали и сборочные единицы насоса. Планшайба имеет установочную поверхность, с помощью которой насос устанавливается и закрепляется на испытательном стенде. Детали планшайбы обычно изготавливают из легированной стали 12Х18Н10Т. При использовании менее дорогих материалов (например, стали 40Х) детали должны быть термообработаны до твердости 36...42HRC [5].

Планшайба принимает все механические и гидравлические силы, действующие на узел при сборке и испытаниях. Конструкция планшайбы должна быть прочной, жесткой и виброустойчивой. В связи с этим она выполняется массивной или усиливается дополнительными силовыми элементами [2].

Геометрическая форма планшайбы зависит от взаимного расположения элементов насоса и технологической оснастки. В корпусе планшайбы выполняются каналы для подвода и отвода воды, охлаждающей подшипники при испытаниях. В местах выхода каналов на торец планшайбы устанавливаются резьбовые

штуцеры. Расположение штуцеров на планшайбе при установке насоса на стенд должно обеспечивать подвод воды через нижний штуцер, а отвод через верхний. Герметичность соединения корпуса и планшайбы обеспечивается резиновыми уплотнительными кольцами.

В состав приспособления входит технологический вал. Конструкция и размеры вала со стороны проточной части насоса должны соответствовать аналогичной части вала ТНА. Соединение технологического вала с валом двигателя стенда осуществляется с помощью шлицевого соединения. Герметичность насоса по валу обеспечивается технологическими манжетами [3].

При выборе материалов технологических плавающих колец следует учитывать физико-механические особенности процесса трения пар деталей в воде, используемой в качестве рабочего тела при испытаниях. Так, бронзовые плавающие кольца, применяемые в некоторых агрегатах, обладают свойством налипания на стальные или хромированные бурты колес при работе в водной среде. В этом случае технологические кольца изготавливают из алюминия с поверхностным твердым анодированием. При товарной сборке они заменяются бронзовыми.

Схема установки подшипников при сборке насоса на приспособлении должна быть аналогична схеме установки подшипников в ТНА. Условия работы подшипников при испытаниях насосов отличаются от условий эксплуатации в составе ТНА. Поэтому в ряде случаев сборку насосов для испытаний осуществляют с использованием технологических подшипников менее высокого класса. Основным критерием выбора технологических подшипников является ресурс работы [4].

На все резьбовые поверхности деталей, выполненных из легированных нержавеющих сталей, необходимо нанести покрытия меди, цинка или никеля для предотвращения «закусывания» резьбы. Все детали, которые подвержены износу (резьбовые соединения, уплотнительные поверхности) в результате длительного использования, необходимо занести в паспорт и периодически контролировать.

Решетневс^ие чтения. 2016

Библиографические ссылки

1. Гахун Г. Г., Баулин В. И., Володин В. А., Кур-патенков В. Д., Краев М. В., Трофимов В. Ф. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей. М. : Машиностроение, 1989.

2. Краев М. В., Назаров В. П., Назарова Л. П., Оратынский Б. Ф. Технология сборки и испытаний насосов ЖРД / Сиб. аэрокосмич. акад. Красноярск, 1993.

3. Овсянников Б. В., Боровский Б. И. Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей. М. : Машиностроение, 1986.

4. Яременко О. В. Испытания насосов. М. : Машиностроение, 1976.

5. Воробей В. В., Логинов В. Е. Технология производства жидкостных ракетных двигателей. М. : МАИ, 2001.

References

1. Gahun G. G., Baulin V. I., Volodin V. A., Kurpatenkov V. D., Kraev M. V., Trofimov V. F. Construction and design liquid rocket engines. M. : Mashinostroenie publ., 1989.

2. Kraev M. V., Nazarov V. P., Nazarova L. P., Oratinskii B. F. Technology of assembly and tests of pumps liquid rocket engines / Siberian Aerospace academy publ., 1993.

3. Ovsyannikov B. V., Borovsky B. I. Theory and calculation of units power liquid rocket engines. M. : Mashinostroenie publ., 1986.

4. Yaremenko O. V. Pumps tests. M. : Mashinostroenie publ., 1976.

5. Vorobey V. V., Loginov V. E. Production technology liquid rocket engines. M. : MAI publ., 2001.

© HOCOB A. H., 2016

УДК 621.675

АНАЛИЗ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА КОНСТРУКТИВНОЙ НАДЕЖНОСТИ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПО КРИТЕРИЯМ ПРОЧНОСТИ

Н. Г. Останина, И. М. Петров

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail:[email protected]

Рассматривается методология исследования, анализируются конструктивно-технологические факторы и общие физико-математические соотношения для расчета отклонений и прогнозируемой оценки надежности жидкостных ракетных двигателей по критериям прочности.

Ключевые слова: надежность, критерий прочности.

ANALYSING METHODS OF CALCULATING STRUCTURAL RELIABILITY OF LIQUID ROCKET ENGINES ACCORDING TO THE STRENGTH CRITERIA

N. G. Ostanina, I. M. Petrov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

We consider the methodology of the study, analyze the structural and technological factors, and general physical and mathematical relation to calculate the deviations and forecast assessment of the reliability of liquid rocket engines according to the safety criteria.

Keywords: reliability, strength criterion.

Оценка надежности конструкции жидкостного ракетного двигателя является последним этапом проектного расчета, которому предшествует выбор расчетной схемы, определение основных нагрузок, действующих на элементы двигателя, установление вида отказа системы, исходя из условий работы. Затем проводится расчет основных факторов, влияющих на отказ конструкции. Обычно вероятность безотказной работы двигателя в целом задается техническими условиями, и при расчетах принимаются коэффициенты запаса прочности [1].

Недопустимым состоянием при эксплуатации конструкции является отказ.

Среди отказов особое место занимают отказы прочностного характера, выражающиеся в разрушении элементов конструкции.

Подобные отказы очень часто приводят к тяжелым последствиям [2].

Работоспособность конструкций ЖРД характеризуется рядом критериев: механической прочностью, износостойкостью, устойчивостью, жесткостью и др.

Каждый из этих критериев выражается соответствующим показателем: напряжением, упругостью, текучестью, ударной вязкостью, пределом выносливости и др.