CC BY
160
Секция ««ДВИГАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯЛА И КА»
УДК 629.7.038
А. М. Шишаев Научный руководитель - А. В. Пекарский Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ УЗЛОВ АВТОМАТИКИ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Рассмотрены принципиальные схемы конструкций узлов автоматики и перспективы их развития в современном российском двигателестроении.
Современные ЖРД оснащены довольно сложной системой автоматического регулирования, которая должна выполнять следующие задачи:
- безопасный запуск двигателя и вывод его на основной режим;
- поддержание стабильного режима работы;
- изменение тяги в соответствии с программой полёта или по команде внешних систем управления;
- отключение двигателя по достижении ракетой конечной скорости;
- регулирование соотношения расхода компонентов.
В настоящее время ракетные двигатели имеют в
своем составе узлы и агрегаты автоматического регулирования соотношения расхода компонентов, что позволяет поддерживать это соотношение близким к расчетному, сократив, таким образом, гарантийный запас топлива, и соответственно увеличить массу полезной нагрузки [1].
Система автоматического управления двигательной установкой включает в себя датчики давления и расхода в разных точках топливной системы, а исполнительными органами её являются главные клапаны ЖРД и клапаны управления системой топливоподачи. Следует выделить тенденции в развитии узлов автоматики:
- многофункциональность (более сложные конструкции объединяют в себе свойства клапанов, регуляторов; оснащение дополнительными приводами);
- многоразовое использование, многорежимность;
- стабильность характеристик;
- новые материалы для изготовления.
Пневматические и газовые приводы получили широкое применение в космонавтике, где они применяются для автоматизации сборочных работ, для управления аварийными системами. Широкое применение пневмоприводов и систем управления объясняется их преимуществами по сравнению с другими средствами автоматизации, в первую очередь надежностью функционирования, которая в современных автоматизированных системах управления играет важную роль [2].
В настоящее время в двигателестроении должны применяться узлы автоматики, отличающиеся высокой надежностью. Параметры, по которым определяют тот или иной узел автоматики могут быть разнообразными, например: расход жидкости или газа, гидравлическое сопротивление, утечка рабочего тела, время непрерывной работы, давление управляющего газа, и т. д.
В докладе рассмотрены некоторые перспективные конструкции узлов автоматики, созданные в ведущих отечественных конструкторских организациях и об-
ладающие улучшенными качествами по всем параметрам:
Дроссели и регуляторы - важнейшие агрегаты систем автоматики двигателя. Дроссели, как известно, обеспечивают плавное изменение местного гидравлического сопротивления в трубопроводе, а регуляторы поддерживают на выходе постоянными давление или расход компонентов, а также изменяют их значения по командам системы управления [3].
Дроссель, предназначен для регулирования соотношения расходов компонентов на входе в двигатель за счет изменения расхода окислителя через камеру сгорания по командам автоматизированной системы управления двигателя (АСУД). Для управления дросселем используется привод. Соединение дросселя с двигательными магистралями - сварное под подкладное кольцо. Дроссель указанного типа позволяет выдержать гидравлические и моментные характеристики, заданные для него, и обеспечивает длительное функционирование этого дросселя в составе двигателя. Для изготовления изделия используются такие материалы как сталь 07Х16Н6-Ш и 12Х18Н10Т, фто-ропласт-4, ДСВ-4Р, основные поверхности обрабатывают нитридом титана, хромом и проводят азотирование рабочей поверхности.
Регуляторы расхода подразделяются на две группы. К первой группе относятся регуляторы, которые не имеют промежуточного усилителя или севропри-вода. Эта группа регуляторов называется регуляторами прямого действия. Ко второй группе относятся регуляторы, в которых дроссельное устройство перемещается под воздействием промежуточного усилителя - сервопривода, работающего на каком-либо виде энергии (электрической, гидравлической или пневматической) [3].
Регулятор расхода, устанавливается на входе в газогенератор по линии горючего и предназначен для поддержания заданного значения расхода горючего, подаваемого в газогенератор двигателя, а также его изменения при помощи электропривода по командам АСУД.
Клапаны - наиболее многочисленные и разнообразные по конструкции агрегаты среди устройств автоматики двигателя. Они обеспечивают управление расходами компонентов при запуске, останове и других режимах двигателя. В современных двигателях одноразового применения с однократным запуском -остановом часто устанавливают клапаны с многократным срабатыванием. Пневмоклапан с тарельчатым затвором, устанавливается на линиях подачи окислителя и горючего (компонентов) в камеру и
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
предназначен для обеспечения слива компонентов из полостей входа до открытия клапанов, открытия поступления соответствующего компонента в камеру с одновременной отсечкой слива по команде ЭПГК при запуске и отсечки поступления компонента в камеру с одновременным открытием слива при снятии команды при выключении двигателя. Отличительной особенностью пневмоклапана является обеспечение его срабатывания на закрытие независимо от величины давления рабочего тела в момент срабатывания.
Обеспечение растущих требований к надежности узлов автоматики может быть достигнуто только бла-
годаря разработке оптимальных конструкций, максимальному использованию возможностей применяемых при их изготовлении современных материалов и совершенствованию технологии изготовления.
Библиографические ссылки
1. Герц Е. В., Крейнин Г. В. Расчет пневмоприводов : справ. пособие. М. : Машиностроение, 1975.
2. Конструкция и проектирование ЖРД / под общ. ред. Г. Г. Гахуна. М. : Машиностроение, 1989.
© Шишаев А. М., Пекарский А. В., 2011
УДК 669.713.7
Е. В. Шлоссер Научный руководитель - А. А.Зуев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ЖРД МАЛОЙ ТЯГИ
Разрабатываемый стенд предназначен для испытания двигателей на непрерывных режимах. Испытание на непрерывных режимах позволяет исследовать энергетику двигателя, получить достоверную информацию о расходе рабочего тела, точно установить величины, измерение и определение которых на переходных режимах затруднены.
Основные условия, которые должен обеспечить испытательный стенд.
- верхний Рв и нижний Рн допустимые пределы давления в барокамере в период испытаний;
- характеристики непрерывного режима;
- давления и температуры компонентов топлива на входе в испытываемый двигатель;
- ожидаемые секундные расходы окислителя и горючего в период работы двигателя.
Поскольку при испытании двигателя необходимо обеспечить высотные условия и в тоже время отводить отработанные газы, а работать с агрессивными газами вакуумные насосы не способны. Поэтому для имитации высотных условий целесообразно использовать барокамеры с трубчатыми экранами, в которые подается с необходимым расходом жидкий азот. Охлажденный жидким азотом экран обеспечивает осаждение на нем части продуктов сгорания компонентов топлива, образующихся в процессе работы испытываемого ЖРДМТ, что существенно увеличивает время поддержания в барокамере заданного давления (вакуума) на срезе сопла камеры сгорания в период работы двигателя. В этом случае расчетный (без отрыва потока от стенки сопла) режим поддерживается не только объемом барокамеры, но и путем осаждения на охлажденных экранах продуктов сгорания компонентов топлива [2].
В данном стенде применен прямой метод измерения тяги. При прямом методе тяга определяется по показаниям тягоизмерительного устройства, которое предварительно градуируется. Отметим, что горизонтальное расположение ЖРДМТ во время испытаний отличается удобством и позволяет создать простые схемы для измерения тяги. В таких системах ЖРДМТ практически имеет одну степень свободы перемеще-
ния. Для исключения дополнительной погрешности измерения тяги необходимо достаточно надежно контролировать положение ЖРДМТ относительно первичного преобразователя системы измерения тяги испытываемого двигателя [1].
При горизонтальном расположении ЖРДМТ тягоиз-мерительное устройство работает следующим образом:
- упругие элементы под действием тяги Я (действующей в горизонтальном направлении) деформируются, и двигатель перемещается в горизонтальном направлении, изгибая упругий элемент.
В этом варианте ЖРДМТ устанавливается на упругом элементе - однородной консольной балке. Значение деформации изгиба этого элемента зависит от величины тяги двигателя и может быть зарегистрировано с помощью тензометрических, емкостных, индуктивных и других преобразователей и систем измерений [1].
При определении тяговых характеристик и характеристик по удельному импульсу откачивающая система стенда должна создавать такое давление, чтобы в течение всего времени работы обеспечивалось безотрывное течение газа в сопле. При исследовании пусковых характеристик ДМТ требуется создание в барокамере более глубокого начального вакуума.
Данный стенд должен обеспечить возможность проведения испытаний ДМТ при низких давлениях при непрерывном режиме. Для этого продукты сгорания замораживаются с помощью криогенных вакуумных панелей-конденсаторов. Время работы стенда лимитируется поверхностью замораживающих панелей.
Стенд для испытаний ДМТ должен включает в себя вакуумную камеру с системой вакуумирования, топливную систему, системы управления агрегатами стенда и ДМТ, нейтрализации продуктов сгорания,
