CC BY
29
УДК.62-1/9
ВИБРАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ РЕГУЛЯТОРА ДАВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ НАДДУВА ТОПЛИВНЫХ БАКОВ ЖРД
А. М. Бегишев, Д. Р. Тележенко 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: alex-beg95@mail.ru
Авторы исследуют технологию вибрационного испытания регулятора давления, рассматривают особенности данного испытания и возможности его усовершенствования.
Ключевые слова: вибрационное испытание, регулятор давления системы наддува, надёжность ЖРД.
FEATURES VIBRATION TESTS PRESSURE CONTROL SYSTEM PRESSURIZATION OF THE FUEL TANKS LPRE
A. M. Begishev, D. R. Telezhenko Scientific Supervisor - V. Yu. Zhuravlyov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: alex-beg95@mail.ru
The authors investigate the technology of vibration testing of a pressure regulator, considers the features of test and possibilities of its improvement.
Keywords: vibration test, the pressure regulator system pressurization, the reliability of LPRE.
В жидкостном ракетном двигателе (ЖРД) все операции по обслуживанию и подготовке к запуску, сам запуск, и непосредственно работа двигателя в полете осуществляется системой автоматики [1]. В связи с этим обеспечение надежной работоспособности агрегатов систем автоматики является одним из важнейших факторов надежности ЖРД в целом. В силу того, что агрегаты системы автоматического регулирования (САР) работают в условиях не связанных непосредственно с процессом горения топлива, контроль надежности агрегатов системы автоматики производится с помощью автономных холодных испытаний [2]. Учитывая факт, что работа ЖРД характеризуется агрессивными и напряженными процессами, которые могут сопровождаться сильными вибрациями, создающими помехи в работе других агрегатов двигателя, важно в процессе отработки провести вибрационные испытания агрегатов системы автоматики.
Система автоматики решает многие задачи, одной из которых является регулирование давления наддува топливных баков. Необходимость САР давления наддува компонентов топлива в баках обусловлены требованием обеспечения кавитационного запаса насосов турбонасосного агрегата (ТНА) с учетом давления насыщенных паров. Объектом регулирования в этой системе являются газовые полости топливных баков, регулятор - агрегат поддерживающий давление в баках [3]. Регулятор служит для понижения давления газа в системе наддува, поддержания этого давления постоянным на выходе из регулятора. В регуляторе давления любой конструкции сущность процесса одинакова: регулирующий орган изменяет площадь щели при прохождении которой давление газа падает - газ дросселируется. К собственной устойчивости данного элемента выдвигаются жесткие требования. Неустойчивость регулятора является причиной быстрого износа седла клапана, вибрации и разрушения самого агрегата. Но так же важно проверить
Секция «Двигателии энергетические установки летательньш и космических аппаратов»
устойчивость работы элемента при воздействии на него других нагрузок, которые характерны в процессе работы двигателя. Одна из таких нагрузок - это вибрационная нагрузка.
При вибрационных испытаниях могут решаться, по меньшей мере, две задачи, вытекающие из требований, формируемых в процессе разработки, создания и требований эксплуатации. Таким образом, можно оценить способность сохранять прочность или способность агрегата выполнять функции и сохранять значения рабочих параметров в пределах норм при действии вибрации. В целях определения предельных вибрационных нагрузок испытуемый объект можно доводить до разрушения - данные испытания называются испытания на вибропрочность. В случае, когда необходимо оценить способность объекта выполнять поставленные функции проводят испытания на виброустойчивость. При этих испытаниях объект, как правило, функционирует в номинальном режиме и подвергаются воздействию вибрации с интенсивностью, не вызывающей разрушения его механических элементов и связей. Поддержание постоянного давления наддува топливных баков напрямую влияет на надежность работы насосов ТНА, поэтому наиболее важно, чтобы регуляторы давления сохраняли свою работоспособность при воздействии вибрации. Вследствие этого регуляторы давления подлежат испытанию на виброустойчивость.
Испытания на вибрационную устойчивость производятся на специальном вибростенде. Регулятор устанавливается на стол вибростенда в специальное приспособление. Испытание производится в двух положениях - в вертикальном и горизонтальном. Перед началом испытания регулятор устанавливается в одном из этих положений. Затем для того чтобы сымитировать работу регулятора в составе ЖРД регулятор включают в цепь, где на вход регулятора под давлением подается воздух, параллельно производится контроль входного и выходного давления с помощью подключенных в цепь манометров. Непосредственно после этого производят испытания регулятора на воздействия вибрации по заранее установленным режимам. В каждом из режимов уговорено, на какой частоте будет испытываться регулятор и сколько составляет время выдержки на каждом режиме. Увеличение частоты разрешается производить дискретно или же с плавным изменением. При методе дискретных частот заранее уговорена последовательность частот и время выдержки. При методе плавного изменения частоты уговорен интервал частот и время, в течение которого должен быть пройден данный частотный интервал. После этого сбрасывается подаваемое давление и производится переустановка регулятора во второе положение, при котором проделывают аналогичные манипуляции. После этого разбирают схему и осматривают целостность уплотнительных колец и поверхностей.
Данное испытание возможно проводить на различных вибростендах, но наибольшее распространение нашли электродинамические вибростенды. Принцип их действия основан на взаимодействии поля постоянного магнита и магнитного поля вызванного вследствие пропускания переменного тока через катушку, тем самым вызывая синусоидальные колебания платформы с используемым изделием. Данный вибростенд имеет ряд преимуществ, которые в сумме объясняют целесообразность его использования при испытании регуляторов давления наддува топливных баков. При испытании в зависимости от электромагнитной силы и свойств плоской пружины, можно обеспечивать большие амплитуды колебаний. Стенд обеспечивает широкий частотный диапазон, что определяется частотой переменного тока, возможность изменения направления вибрации, строгую направленность создаваемой вибрации. Также стоит отметить, что стенд позволяет воспроизводить вибрации различного типа (гармонической, случайной, по заданной программе).
Испытания на виброустойчивость проводят в довольно широких частотных диапазонах. При обнаружении у изделия частот, на которых наблюдается нестабильность работы или ухудшения выходного параметра, дополнительно проводят выдержку на этих частотах в течение указанного в стандартах времени [4]. Период приработки ЖРД отличается протеканием неустановившихся процессов, которые сопровождаются изменением уровня вибрации. О чем в той или иной степени нельзя сказать о периоде нормальной эксплуатации ЖРД, при котором в течение основного времени работы двигателя устанавливается относительно постоянный уровень вибрации. Вследствие этого можно сказать, что этот частотный диапазон является наиболее важным в процессе испытания и требует к себе наиболее детальной проработки
Библиографические ссылки
1. Гахун Г. Г. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей. М. : Машиностроение, 1989. 424 с.
2. Воробей В. В., Логинов В. Е. Технология производства жидкостных ракетных двигателей. М. : Изд-во МАИ, 2001. 496 с.
3. Гимадиев А. Г. Автоматика и регулирование двигательных установок ракетных и космических систем. Самара : Изд-во СГАУ, 2010. С. 19.
4. Семкин Н. Д. Испытания материалов и элементов конструкций радиоэлектронных средств космических аппаратов // Самара : Изд-во СГАУ, 2010. 320 с.
© Бегишев А. М., Тележенко Д. Р., 2017
