CC BY
5«Труды МАИ». Выпуск № 80 www.mai.ru/science/trudy/
УДК 621.45.012
Влияние гидравлических характеристик подводящих и отводящих магистралей на статические характеристики и работоспособность стабилизатора давления жидкостного ракетного двигателя
Крапивных Е.В.
Научно-производственное объединение «Энергомаш им. академика В.П. Глушко», ул. Бурденко, 1, г. Химки, Московская область, 141400, Россия
e-mail: tsel_71 @mail. ru
Аннотация
В данной работе рассматриваются вопросы выбора конструктивных параметров стабилизатора давления (СТД), обеспечивающих постоянство выходного давления. Схема, по которой был спроектирован СТД, одноступенчатая с золотниковой парой.
В ходе проектирования СТД были проведены инженерные расчеты, позволяющие:
1) для заданных стационарных условий работы рассчитать основные конструктивные параметры СТД,
2) оценить влияние гидравлических характеристик подводящих и отводящих магистралей на статические характеристики СТД.
На основе этих расчетов были спроектированы, а затем изготовлены и испытаны 4 опытных образца СТД. Проведенные испытания показали, что результаты расчета имеют хорошую сходимость с экспериментальными значениями. Это доказывает правильность использованной методики. Примененная здесь методика рас-
1
чета СТД затем использовалась для составления математической модели, позволяющей определить параметры СТД для динамических условий работы.
Кроме того, экспериментально был определен характер влияния подводящих и отводящих магистралей на статические характеристики СТД.
Ключевые слова: жидкостный ракетный двигатель (ЖРД), стабилизаторы давления ЖРД, агрегаты регулирования, проектирование стабилизаторов давления ЖРД.
Введение
Объектом изучения является стабилизатор давления, представленный на рис.1, 2, предназначенный для поддержания давления компонента на выходе из СТД в заданных пределах при изменении величины входного давления для питания приводов гидроагрегатов. Схема стабилизатора одноступенчатая с золотниковой парой. Испытания стабилизатора проводились с использованием воды в качестве рабочего тела.
Цель данного исследования - экспериментально определить характер влияния гидравлических характеристик подводящих и отводящих магистралей на выходные параметры СТД, проверить правильность проведенных конструкторских расчетов и принятых конструкторских решений на 4-х опытных образцах СТД.
Задачи исследования заключались в следующем:
- проверить правильность определения потребной площади, геометрии дросселирующих окон и их количества при заданных расходах через стабилизатор, усилия пружины, необходимого для обеспечения постоянства заданного уровня давлений на выходе из СТД;
- определить влияние гидравлических характеристик подводящих и отводящих магистралей на статические характеристики и работоспособность СТД.
Исходными данными для проектирования и испытаний стабилизатора послужили:
- давление на выходе из стабилизатора - рт1х = (200^) кгс/см2;
- давление на входе в стабилизатор (рабочий диапазон) - рет = 300 - 380 кгс/см2;
- давление на входе в стабилизатор (исследуемый диапазон давлений) -р = 220 - 420 кгс/см2;
-г вх '
- расход воды через стабилизатор (рабочий диапазон) - Урт = 0,045 - 0,89 л/с;
- расход воды через стабилизатор (исследуемый диапазон расходов) -V = 0,03 -1,2 л/с;
р.т. ? ? 5
- длина входного трубопровода - = 2,5 м;
- внутренний диаметр входного трубопровода - ^ = 6 мм;
- длина выходного трубопровода - /вых = 0,7 м;
- внутренний диаметр выходного трубопровода - ^ = 6 мм, ^ = 8 мм;
- длина дренажного трубопровода - / = 1,8 м;
- внутренний диаметр дренажного трубопровода - ^ д = 4 мм.
Принцип работы стабилизатора
В исходном положении поршень 12 усилием пружины 6 через опору 5 прижат к золотнику 9. При поступлении компонента на вход в стабилизатор, он через дросселирующие окна (см. рис.1, 2, 3) в направляющей 3 заполняет внутреннюю полость
стабилизатора и своим давлением воздействует на эффективную площадь поршня 12. Усилие, развиваемое поршнем 12 от этого воздействия, преодолевает усилие пружины 6, благодаря чему подвижная система «золотник-поршень» занимает положение, при котором наступает равновесие сил, воздействующих на подвижную систему.
Рис. 1. Стабилизатор давления:
а - дросселирующее окно; б - жиклер; 1, 4, 13 - упор; 2 - корпус; 3 - направляющая; 5 - опора; 6,
- пружина; 9 - золотник; 10 - кольцо; 11 - гайка; 12 - поршень; 14 - шайба
При изменении входного давления незначительно изменяется выходное давление, из-за чего нарушается указанное равновесие и подвижная система перемещается. При перемещении золотник 9 изменяет площадь проходного сечения окон в направляющей 3 так, что давление на выходе из стабилизатора становится равным давлению настройки [1, 2, 3].
т
Рис. 2. Стабилизатор давления с трубопроводами: 1 - входной трубопровод; 2 - выходной трубопровод; 3 - дренажный трубопровод
Рис. 3. Профиль дросселирующих окон стабилизатора (количество окон - 3)
Теоретическая часть
При проектировании стабилизатора была составлена следующая математическая модель:
1. Уравнение движущихся частей стабилизатора [4]:
т • и + е • и + к2 • (к + х2) - к • (к + хп1) = (^ + ¥Ъ(Щ)• Р2 -(^ - ^ • РА - ^ • Р3 -- ^(Н) • Р5 + (^4 - • Рб, (1)
где
т = т + т +1 • (ти1 + ти2), ^ = и
где И - перемещение золотника; и - скорость перемещения; т - масса движущихся частей стабилизатора; т - масса золотника; т - масса пяты; т - масса пружины 1; тп2 - масса пружины 2; е - коэффициент вязкого трения золотника; к2 - жесткость пружины пяты; к1 - жесткость пружины золотника; хп1 - предварительное поджатие пружины 1; хп2 - предварительное поджатие пружины 2; Г4, Р14, Г2 - площади
(см. рис.4); Р2 - давление на выходе из стабилизатора, Р4 - давление в полости ста-
билизатора за отверстием, Рз - давление на выходе из стабилизатора в дренаж, Р5 -давление на "острой кромке" золотника, Рб - давление в полости перед отверстиями в дренаж (см. рис.4).
2. Уравнение движения жидкости через окна, перекрываемые золотником [4]:
Р2 = р -£(А) • О, ■ О - ]х ■ О» (2)
где
£= ^—1-^' к = т—г 5 5 окон ■ Р (А),
2 ■ГЛМзол, ■ Р ) Р
где у - удельный вес жидкости; & - коэффициент гидросопротивления окна; - коэффициент "инерционных потерь (может быть как положительным, так и отрицательным)"; I - эквивалентная глубина окна; ^зол - коэффициент расхода окна; Покон -количество окон; Е(И) - проходная площадь окон (функция перемещения золотника); Р1 - давление на входе в стабилизатор (см. рис.4); О} - расход на входе в стабилизатор (см. рис.4)
3. Уравнение движения жидкости через отверстия 6 в золотнике (см. рис.4)
[4]:
Р2 = Р4■ Об ■ |Об| - к ■ Об, (3)
где
1 1б
=-:-тт' кб =
( -Л- .Л2' л , 2
о Л 1 2
2 ■¥■ Иб ■-■ Л б V 4
4 ■Л б
где ]б - коэффициенты гидросопротивления и "инерционных потерь" отверстия
Рис. 4. Расчетная схема течения жидкости в стабилизаторе давления
из полости стабилизатора соответственно; ¡л6 - коэффициент расхода отверстия 6; d6 - диаметр отверстия 6; ¡6 - длина отверстия 6; Об - расход через отверстие из полости стабилизатора.
4. Уравнение движения жидкости через отверстие на слив [4]:
р - р• а5 • \о5\-Л • о„ (4)
где
£ - 1 7 - /5
ь5 --;-"Г ' 75
( 1Г ,Л2' ^ 7 ,2
о 71 л 2
2 У М5 ^5 V 4
— • ^ 4 5
где - коэффициент гидросопротивления и "инерционных потерь" отверстия 5 соответственно (см. рис.4); ¡л5 - коэффициент расхода отверстия 5 (см. рис.4); ¡5 -длина отверстия 5 (см. рис.4); d5 - диаметр отверстия 5 (см. рис.4); О5 - расход в жиклер в дренаж (см. рис.4)
5. Балансы расходов (см. рис.4) [4]:
° - ° + 05; Об-у-(^4 - р, )• и - -4г • рр4; в3 - Оы - ^ - -V • р;
С4 С3
05 - 013 - 015 + -6Г • 014 -У' ^14 ' и; 013 -У-(^14 - ^2 )' и; 06 - 08 +
с6
°8 -у- ^8 •и; °7 - Рз)'и; 012- 0ю+09; ° -у- рц •и;
-
012 - У • • и; 01 - 04 + 07 + 010 - 011 + -7 • Р2 '
где О - расход; р - площадь; К4 - объем емкости под давлением Р4 ; К? - объем емкости под давлением Рз ; К6 - объем емкости под давлением Р6; К2 - объем емкости под давлением Р2; с4 - эквивалентная скорость звука в объеме К4; сз - эквивалентная
9
скорость звука в объеме У3; с6 - эквивалентная скорость звука в объеме У6; с2 - эквивалентная скорость звука в объеме У2.
6. Уравнение движения жидкости от входа в стабилизатор до "острой кромки" золотника [4]:
Р5 = р • О • О - Л • (6)
где
£ = ^-7-' Л = т—г 5 5 окон • Р (Л),
2• г• (я • е • р ) Р
! V зол зол 5 / 5
где е - коэффициент восстановления окна золотника; I - глубина окна
7. Уравнение движения жидкости через отверстия 15 (см. рис.4) [4]:
Рб = Рз -£5 • в„ • - л • 0„, (7)
где
г = 1 Л = /15
о 71 л 2
2 •/• М15 ^ ¿15
4 15
где £15, ]15 - коэффициент гидросопротивления и "инерционных потерь" отверстия 15 (см. рис.4); ¡15, йи - длина и диаметр отверстия 15 (см. рис.4); р15 - коэффициент расхода отверстия 15 (см. рис.4).
8. Определение конфигурации, количества и потребной площади дросселирующих окон направляющей.
Выбор конфигурации дросселирующего окна зависит от значения расхода рабочего тела, проходящего через него. В нашем случае расход рабочего тела невысок,
кроме того, требуется работа на очень малом расходе (см. исходные данные), следо-
вательно, в большой пропускной площади окна необходимости нет, поэтому в данной конструкции используется треугольная форма окна (см. рис. 3).
При работе на малом расходе (Урт(рАп} = 0,045л/с) проходная площадь окон со-
размерима с площадью зазора между золотником и направляющей, поэтому, для того, чтобы уменьшить влияние утечек через зазор на величину расхода, в конструкции предусмотрен жиклер (см. рис. 1), отводящий часть расхода, подаваемого на вход в стабилизатор, в дренаж. Таким образом, через дросселирующие окна протекает суммарный расход к потребителю и в дренаж, а положение золотника обеспечивает однозначное открытие окон.
Количество окон определяется исходя из конструктивных и технологических соображений.
Исходя из выше сказанного, формулы для определения потребной площади дросселирующих окон направляющей и их размеров примут следующий вид:
V
р =- общ V = V + V (8)
общ.ок. ^ л ' общ. р.т. ж. ' V /
ц-
2-Ар,
СТД
р
р
р =
1ок.
общок.
П
где Робщок - суммарная потребная площадь окон; рок. - площадь 1 окна; п - количество окон; Уобщ - расход рабочего тела с учетом расхода через жиклер; ц = 0,8 - коэффициент расхода; Арсгд = рех - реых - перепад давлений в стабилизаторе.
V = Р -ц
ж. ж.
2 - р
± в
р
где —ж - расход рабочего тела через жиклер; /лте - коэффициент расхода рабочего тела через жиклер с учетом кавитации (цкав - 0,62); ^ - площадь поперечного сечения жиклера; реых - давление на выходе из стабилизатора [6].
Рассматриваемый в данной работе треугольный тип окна характеризуется следующими параметрами - это Ь и Н (см. рис. 3). Варьируя этими параметрами в выражении [3]:
Р -— (Н - к)2, тР 2Н
а так же, учитывая условие - рок - Р , определяем размеры треугольного окна (см. рис. 3).
9. Определение потерь давления в гибком трубопроводе стабилизатора и внутреннего диаметра входа и выхода из стабилизатора [5]:
л а 1 Р^ -2 /оч
а 2
у
где Л - коэффициент потерь на трение по длине трубы:
- • а -
Л-ДЯе); Яе--^; - - ;
у Р
тр.
I - длина трубопровода; а - внутренний диаметр трубопровода; р - плотность рабочего тела; - - скорость потока; -рт - расход рабочего тела; Р - площадь внутреннего сечения трубы.
Уравнения (1) - (7) представленной выше математической модели - это общие уравнения динамики, описывающие переходные режимы работы СТД. В данной ра-
боте для расчета конструктивных параметров СТД эти уравнения были преобразованы в уравнения статики для установившихся режимов работы СТД, на основе которых и были получены, в первом приближении, расчетные значения необходимых конструктивных параметров СТД (см. таблицу 1).
В дальнейшем планируется провести более детальный расчет, позволяющий определить конструктивные параметры СТД исходя уже непосредственно из уравнений динамики СТД.
Таблица 1
Сводная таблица расчетных параметров.
Параметры трубопроводов Дри, кгс / см2
1, м а, мм у' - - 0,045 л / с р.т. ? - - 0,89 л / с р.т. ? - 0,214 л / с
0,7 6 0,05 8,5 -
2,5 6 0,163 30,5 -
1,8 4 - - 10
Силовая характеристика пружины
Н,,, ,, мм 1 (б.пруж.) 5 Н ,, ,,мм 2 (б.пруж.)~ Н ,, ,, мм га (б.пруж.) 5 Н , мм
90 83 70 92
Р1 (б.пруж.) , ^^^ Р2 (б.пруж.) , ^^^ Р ,, ,, кгс га (6.пруж.) ? -
162,6 186,2 233,4 -
Площадь окна
Р, ,мм2 общ.ок. ' Р , мм2 ^^общ , Л / С ЛрСГД, кгс / см2
тах 10 3,3 1,104 180
тт 0,29 0,1 0,045 100
Экспериментальная установка
Проведенные испытания не имитировали работу стабилизатора в составе двигателя. В данном случае СТД рассматривался как статический объект.
Испытания проводились на гидравлическом стенде, вид которого представлен на рис. 5. Рабочее тело - вода. Необходимый уровень давления обеспечивался центробежным насосом. Фактический расход воды измерялся по показаниям расходомера. Объектами испытаний были СТД, основные конструктивные параметры которых были изготовлены по данным, полученным в результате инженерного расчета.
Определение статической характеристики проводилось для 4 схем (см. рис. 5):
1) схема №1 - «стабилизатор поз. 4 + входной трубопровод поз. 1 + выходной трубопровод поз. 2», т.е. дренажный трубопровод поз. 3 был исключен из гидравлического стенда;
2) схема №2 - «стабилизатор поз. 4 без трубопроводов в стендовой обвязке поз. 5», т.е. из гидравлического стенда были исключены входной трубопровод поз. 1, выходной трубопровод поз. 2 и дренажный трубопровод поз. 3, а стабилизатор поз. 4 крепился непосредственно к стендовым трубопроводам;
3) схема №3 - «стабилизатор поз. 4 + входной трубопровод поз. 1 + выходной трубопровод поз. 2 + дренажный трубопровод поз. 3»;
4) схема №4 - «стабилизатор поз. 4 + дренажный трубопровод поз. 3», т.е. входной трубопровод поз.1 и выходной трубопровод поз. 2 исключались из гидравлического стенда и стабилизатор поз. 4 крепился непосредственно к стендовым трубопроводам.
При испытаниях выходными параметрами являлись:
1) расход рабочего тела (малые расходы обеспечивались шайбой с жиклером диаметром 0,5 мм);
2) давление на входе и выходе из стабилизатора.
Рис. 5. Гидравлический стенд: 1 - входной трубопровод; 2 - выходной трубопровод; 3 - дренажный трубопровод; 4 - стабилизатор давления; 5 - стендовые трубопроводы
Результаты и анализ экспериментальных данных
В ходе испытаний были получены статические характеристики стабилизатора - зависимость выходного давления от входного рвых = f () (см. рис. 6 - 11).
В первом случае испытания проходили по схеме №1 в диапазонах давлений от 220 до 420 кгс/см2. Результаты испытаний представлены на рис. 6.
Рвы^ кгс/см2
Рис. 6. Статическая характеристика стабилизатора давления с входным и выходным трубопроводом (испытание №1): - область давлений, в которой должен работать стабилизатор
Из графиков видно, что стабилизатор поддерживает практически постоянным выходное давление и стабильно работает в заданном диапазоне входных давлений. Незначительное отклонение статических характеристик при обоих расходах от параллельности оси абсцисс в диапазоне давлений от 300 до 420 кгс/см2 объясняется наличием статизма.
В точках перегиба статических характеристик 1 и 2 (см. рис. 6) данный стабилизатор перестает выполнять свои функции и работает как шайба с постоянным гидросопротивлением.
По имеющимся расчетным данным стабилизатор при расходе воды 0,045 л/с и 0,89 л/с должен был работать в области давлений, обозначенной на рис. 6, 7, 8 прямоугольником. Но, проведенное испытание этого не подтвердило. На такую величину расхождения расчетных и экспериментальных значений (при расходе 0,045 л/с
16
выходное давление превышает заданный уровень выходных давлений на 8...9 кгс/см2, а при расходе ниже заданного уровня на - 1...4 кгс/см2) большое влияние оказывают потери давления в трубопроводе. Эти потери можно объяснить тем, что диаметр внутреннего канала очень мал и равен 6 мм, а суммарная длина трубопроводов, подсоединенных к входу и выходу стабилизатора, за исключением длины стендовых трубопроводом, имеет достаточно большую протяженность и составляет 3,2 м.
Для подтверждения сделанного выше предположения было проведено повторное испытание, при котором стабилизатор испытывался по схеме №2, когда влияние гидравлических характеристик подводящих и отводящих магистралей (входного, выходного и дренажного трубопроводов) на статические характеристики исключалось. Результаты испытаний представлены на рис. 7.
рвы® кгс/см2
230 220 210 200 190 180 170
Увпгы,=0,045 л/с
--э К-
-1 1=
\
V ^„=0.89 л/с
■ ■ ■ ■ >1 1
Г"" .....I (
290
310
330
350
370
390
рвх, кгс/см2
Рис. 7. Статическая характеристика стабилизатора давления без трубопроводов (испытание №2): - область давлений, в которой должен работать стабилизатор Из рис. 7 видно, как влияет входной и выходной трубопровод на статическую характеристику. Сравнив нагрузочные характеристики, полученные при испытании
№1 и №2, получили следующее: уровень между выходными давлениями в испытании №2 при расходах воды 0,045 л/с и 0,85 л/с сократился с 45 кгс/см2 до расчетных 20 кгс/см2. Это подтверждает то, что трубопроводы оказывают существенное влияние на статическую характеристику стабилизатора.
Но, несмотря на то, что уровень изменения выходного давления сократился, статическая характеристика для расхода 0,045 л/с все же превышает уровень выходного давления, в котором должен работать стабилизатор на 8...11 кгс/см2 (см. рис. 7). Поэтому можно сделать вывод о том, что при минимальных расходах потери давления в трубопроводе практически отсутствуют, и поэтому наличие или отсутствие трубопровода не сказывается на статической характеристике стабилизатора, что подтверждается расчетами и следующим испытанием (см. рис. 8).
При анализе полученных результатов пришли к выводу, что статические характеристики будут располагаться в необходимой области давлений, если провести перенастройку стабилизатора путем ослабления пружины за счет уменьшения количества регулировочных шайб.
После проведения перенастройки стабилизатор испытывался во всех 4 схемах. Результаты данных испытаний представлены на рис. 8.
Как видно из графиков, представленных на рис. 8 для испытания №3, изменение усилия пружины привело к тому, что статические характеристики при расходе 0,045 л/с и 0,89 л/с в случае, когда стабилизатор испытывался без входного, выходного и дренажного трубопроводов, стали располагаться в заданном диапазоне давлений.
220
210 200
190 180 170 160
4
X
[ I I I I I I I
Уводы=0,045 л/с
290
310
-л
№
V
Уводы=0,89 л/с
Коды=0,89 л/с
-X
рвх, кгс/см2
330
350
370
390
Рис. 8. Статические характеристики стабилизатора давления - испытание №3 (поз. 1, 2, 3); испытание №4 (поз. 4, 5, 6):
1, 3 - стабилизатор с входным и выходным трубопроводом; 2, 3 - стабилизатор без гибких трубопроводов; 4, 6 - стабилизатор с входным, выходным, дренажным трубопроводом; 5, 6 - стабилизатор только с дренажным трубопроводом; - область давлений, в которой должен работать стабилизатор.
Испытание №4 было проведено с целью определения влияния дренажного трубопровода на статическую характеристику стабилизатора. По расчетам дренажный трубопровод должен был увеличить имеющийся уровень выходного давления на 10 кгс/см2. Как видно из рис. 8 разница между уровнями давлений на выходе из стабилизатора составляет ~ 8 кгс/см2. Эта разница в 2 кгс/см2 показывает удовлетворительную сходимость расчетов с полученными экспериментальными данными.
Испытание №5 (см. рис. 9) проводилось по схеме №3, но при этом внутренний диаметр выходного трубопровода был увеличен с й вых = 6 мм на й = 8 мм.
6
По предварительно произведенным расчетам такое увеличение внутреннего диаметра должно было привести к увеличению давления на выходе из СТД при V т = 0,89 л / с. При этом при V т = 0,045 л / с это давление должно было остаться
на том же уровне ~ 218-220 кгс/см2.
рвы^ кгс/см2
230 220 210 200 190 180 170
№1; V=0,045 л/с №2; V=0,89 л/с №3; V=0,045 л/с №4; V=0,89 л/с
рвХ, кгс/см2
200
250
300
350
400
Рис. 9. Статические характеристики стабилизатора давления при изменении внутреннего диаметра
выходного тонкого трубопровода (испытание №5): №1, 2 - на СТД были установлены входной трубопровод, выходной трубопровод с ёу=6 мм, дренажный трубопровод; №3, 4 - на СТД были установлены входной трубопровод, выходной трубопровод с ёу=8 мм, дренажный трубопровод
Из рисунка 9 видно, что сделанное выше предположение подтвердилось экспериментально и увеличение выходного давления произошло на рассчитанные 10 кгс/см2, а диапазон между малорасходной (V = 0,045 л/с) и большерасходной
(V т = 0,89 л/с) характеристиками, соответственно, сократился.
Испытание №6 (см. рис. 10) проводилось по схеме №3 и №2 на трех одинако-
вых стабилизаторах, при этом внутренний диаметр выходного трубопровода СТД -^увых = 8 мм, значения входного давления задавались в диапазоне от 220 до
420 кгс/см2 при расходах от 0,03^0,045 до 0,89^1,2 л/с.
230 220 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80
рвых, кгс/см2
V=0,045 л/с; №1 V=0,045 л/с; №2 V=0,045 л/с; №3 V=0,89 л/с; №1 V=0,89 л/с; №2 V=0,89 л/с; №3 V=0,89 л/с; №1* V=0,89 л/с; №2* V=0,89 л/с; №3* V=0,03 л/с; №2* V=0,03 л/с; №3* V=0,03 л/с; №1* V=1,2 л/с; №2* V=1,2 л/с; №3* V=1,2 л/с; №1* V=1,2 л/с; №1 V=1,2 л/с; №2 V=1,2 л/с; №3
200
250
300
350
400
рвх, кгс/см2
Рис. 10. Статические характеристики стабилизатора в диапазоне входных давлений от 220 до 420
кгс/см2 при расходах от 0,03^0,045 до 0,89^1,2 л/с (испытание №6): №1, 2, 3 - на СТД не устанавливались входной, выходной и дренажный трубопроводы; №1*, 2*, 3* - на СТД были установлены входной трубопровод, выходной трубопровод с ёу=8 мм, дренажный трубопровод
Это испытание позволило экспериментально определить характер работы СТД на режимах, не рассчитанных и не учтенных в данной конструкции. Так из рисунка 10 видно, что чем больше расход через СТД (при наличии на входе, выходе и дренаже стабилизатора тонких трубопроводов), тем «круче» статические характеристики, т.е. точка перегиба статических характеристик, с которой СТД перестает выполнять свои функции и работает как шайба с постоянным сечением, смещаются в сторону более высоких входных давлений. В случае отсутствия на входе, выходе и дренаже стабилизатора тонких трубопроводов вид статических характеристик не меняется, и точка их перегиба остается на одном и том же уровне входных давлений.
Для подтверждения работоспособности в условиях близких к реальным условиям эксплуатации агрегаты подвергались испытаниям на тряску, вибрацию, испытаниям при отрицательной (-50°С) и положительной (+50°С) температуре, после которых их снова подвергали гидроиспытаниям.
Результаты этих гидроиспытаний представлены на рисунке 11.
Как видно из графиков СТД работают адекватно, и статические характеристики воспроизводятся во всех рабочих диапазонах входных и выходных давлений.
200
190
Рвы^ кгс/см2
180
У=0. У=0. У=0. У=0. У=0. У=0. У=0. У=0. У=0. У=0. У=0. У=0.
,045 л/с; №1 ,045 л/с; №2 ,045 л/с; №3 89 л/с; №1 89 л/с; №2 89 л/с; №3 ,89 л/с;№ 1* ,89 л/с;№ 2* ,89 л/с;№ 3* ,045 л/с;№ 1* 045 л/с;№ 2* 045 л/с;№ 3*
200
250
300
350
400 Рвх, кгс/см2
Рис. 11. Результаты проверки статических характеристик СТД (на СТД не были установлены входной, выходной, дренажный трубопроводы): №1, 2, 3 - до испытаний на тряску, вибрацию и испытаний при отрицательной и положительной температуре; №1*, 2*, 3* - после испытаний на тряску, вибрацию и испытаний при отрицательной и положительной температуре (испытания проходили в рабочем диапазоне входных давлений)
Выводы
1. Проведенные эксперименты подтвердили правильность расчетов и принятых конструкторских решений.
2. Экспериментально показано влияние гидравлических характеристик подводящих и отводящих магистралей (входного, выходного и дренажного трубопровода) на уровень статических характеристик. При этом установлено:
- уровень выходного давления при наличии присоединенных к СТД трубопроводов выше по сравнению с уровнем выходного давления при отсутствии присоединительных трубопроводов у СТД;
- наибольшее влияние на величину выходного давления оказывает дренажный трубопровод;
- увеличение внутреннего диаметра выходного трубопровода СТД с dy=6 мм на dy=8 мм (при условии, что входной и дренажный трубопроводы также присутствуют в схеме испытания) приводит к уменьшению диапазона между малорасходной (Vpm = 0,045 л/с) и большерасходной (Vßm = 0,89 л/с) характеристиками;
- использованные при данных испытаниях подводящие и отводящие магистрали с заданными гидравлическими характеристиками не влияют на работоспособность СТД, т.е. не оказывают влияния на устойчивость процесса стабилизации давления.
Библиографический список
1. Цыганова Е.В. Разработка системного подхода к проектированию и созданию агрегатов регулирования ЖРД больших тяг и исследование влияния конструктивных параметров на работоспособность // Международный межотраслевой научно-технический форум «Молодежь и будущее авиации и космонавтики». Сборник статей. Москва, 2013. С. 140-141.
2. Горячкин А.А., Жуковский А.Е., Игначков С.М., Шорин В.П. Регуляторы расхода для топливных систем двигателей летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 2000. - 208 с.
3. Гликман Б. Ф. Автоматическое регулирование жидкостных ракетных двигателей -М.: Машиностроение, 1974. - 396 с.
4. Лебединский Е.В., Зайцев Б.В., Соболев А.А. Многоуровневое математическое моделирование регулятора расхода для ЖРД: http://kerc.msk.ru/ipg/papers/model2.pdf
5. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - М.: Машиностроение, 1992. - 672 с.
6. Турыгин Л.Н., Глинин Л.В. К истечению жидкости через отверстия в среды с противодавлением // Вестник машиностроения. 1976. №11. С.8-11.
