Диссертация (Влияние входных давлений компонентов топлива на точность управления и регулирования многорежимных маршевых кислородно-керосиновых ЖРД типа РД191), страница 12

давление окислителяВх. давление горючегокг/см2(изб.)Рисунок 29. Испытание №138 двигателя РД191 №Д011/293по линии окислителя, к ~ 125 с были реализованы R=28,469% и Km=2,997, черезпримерно 10 с после этого была введена разовая поправка на код, выдаваемый напривод дросселя, в результате которой реализованы R=28,759% и Km=2,748.Далее в программе испытания было предусмотрено повышение входногодавления по линии горючего, в результате чего реализованы значения R=28,593%и Km=2,685. При дальнейшем снятии разовой поправки на привод дросселя в ходеперевода двигателя с режима 27% на режим 38% обеспечены значения R=37,526%и Km=2,781.

Особенностей при последующей работе двигателя на режиме 100%выявлено не было.Анализируя данные, полученные в ходе данного испытания, можноотметить, что отклонение значений тяги и соотношения компонентов после роставходного давления окислителя от запланированных величин составило ~ +1,5% потяге и ~ +9% по соотношению компонентов. После роста входного давления полинии горючего и введения разовой поправки отклонения составили ~ +1,5% потяге и ~ -2,5% по соотношению компонентов.

После снятия разовой поправки нарежиме 38% отклонения составили ~ +0,5% по тяге и ~ +1% по соотношениюкомпонентов.Как видно из результатов проведенных трех испытаний с введением разовойпоправки на коды, выдаваемые на привод дросселя на режимах глубокогодросселирования,желаемогорезультата,т.е.обеспеченияравенствареализованного и задаваемого значения соотношения компонентов, достичь неудалось, в том числе принимая во внимание особенности системы управления ирегулирования двигателя в части определения и дальнейшего использованияалгоритмом управления индивидуальных коэффициентов двигателя.

В результатепроведенных испытаний двигателей РД191 с введением разовой поправки накоды, выдаваемые на привод дросселя на низких режимах, был сделан вывод отом, что предлагаемое мероприятие не может быть оценено как достаточноэффективное, т.к. не ясно в какой момент времени в полете эту разовую поправкунужно вводить.94Проработка вопроса, связанного с учетом существенного влияния входныхдавлений компонентов на режимах глубокого дросселирования на соотношениерасходов компонентов, параллельно велась и разработчиками системы СУРТсемейства РН «Ангара» в ИПУ РАН, которая также не привела к положительномурезультату.В связи с вышеизложенным остро встал вопрос: «Каким образомнеобходимо осуществлять управление и регулирование двигателем на режимахглубокого дросселирования, сопровождающихся существенным ростом давленийна входе в двигатель, для обеспечения заданных значений тяги и соотношениярасходов компонентов?».3.4.

Корректировка алгоритма управления и регулирования двигателяРД191, связанная с учетом влияния входных давлений окислителя игорючего на тягу и соотношение расходов компонентов топливаСущественное возрастание входного давления по линии окислителя нарежиме дросселирования является определяющим фактором, который будетприводить к монотонному увеличению значения Km на данном режиме.Безусловно данное увеличение Km не может не сказаться на рассогласованииуровней выработки компонентов, контролируемых СУРТ. Следует отметить, чтоСУРТ в зависимости от проявляющегося рассогласования уровней выдает всистему управления корректирующие значения ∆Km, которые далее реализуютсясистемой управления через уравнения для определения N1 и N2 , описанные валгоритме управления двигателя (раздел 2.3 диссертации).

СУРТ имеетвозможность выдавать коррекции по значениям Km 2 раза на начальном 100%-мпо режиму участке работы двигателя (см. рис. 19), 3 раза на режимедросселирования (47 с – 217 с) и 6 раз на завершающем 100%-м по тяге режиме.Соответственно на последнем режиме должно быть обеспечено окончательное95отсутствие рассогласования контролируемых уровней в баках РН, при которомобеспечивается оптимальная выработка ракетного топлива.Проведенное ИПУ РАН, ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева», ОАО «НПОЭнергомаш» рассмотрение данного вопроса показало необходимость изысканиярешения по обеспечению постоянства Km на режиме глубокого дросселированияв условиях роста входных давлений компонентов.Для «парирования» существенного роста значений Km на режиме глубокогодросселированияавторпредложилпровестимодификациюзависимостиуправления двигателя по Km в части введения в нее новой поправки, не изменяязависимости управления по тяге, учитывая, как показывают испытания, низкоевоздействие значения входных давлений компонентов на значения R.Для управления двигателем с учетом отклоняющихся от номинальныхвеличин входных давлений компонентов топлива в каждый такт выдачи командна привод дросселя должна быть определена величина поправки ∆Km p :∆Km p =∂Km∂Km∆p вх.о +∆p вх.г∂p вх.о∂p вх.гДля вычисления данной величины необходимо определить коэффициентывлияния входных давлений компонентов на значения Km (∂Km ∂Km,),∂pвх.о ∂p вх.гкоторые в свою очередь должны быть введены в алгоритм управления двигателя,а также определить отклонения величин входных давлений от их номинальныхзначений ( ∆pвх.о , ∆p вх.г ).

Это позволит, с одной стороны, за счет вносимыхпоправок на приближение Km к номинальному значению обеспечить работудвигателя в заведомо эксплуатационном диапазоне значений Km, а СУРТ вноситьболее точные корректировки по уровням компонентов в баках.963.4.1. Определение коэффициентов влияния входных давлений окислителя игорючего на соотношение расходов компонентов топливаВ связи с проведенной серией экспериментов имеется достаточноэкспериментальных данных для определения указанных коэффициентов влияниядля режима 30% по тяге (∂Km ∂Km,).∂pвх.о ∂p вх.гВ процессе испытания №072 двигателя РД191 №Д008 при его работе нарежиме дросселирования было увеличено давление окислителя с 4,5 кгс/см2 до8,3 кгс/см2, что привело к увеличению Km от значения 2,73 до значения 2,915.В итоге следует, что∂Km2,915 − 2,73 0,185=== 0,0487 см2/кгс.∂p вх.о8,3 − 4,53,8При испытании №092 двигателя РД191 №Д008/1 также проводилосьувеличение давления окислителя на входе с 5,1 кгс/см2 до 8 кгс/см2 припрактически неизменном давлении горючего на входе ~ 2,8 кгс/см2.

УвеличениезначенияKmсоставилос2,869до3,006.Отсюда∂Km3,006 − 2,869 0,137=== 0,0472 см2/кгс.∂p вх.о8 − 5,12,9Аналогичное рассмотрение испытаний с повышением входного давления полинии горючего показывает малозначимое влияние давления горючего назначение Km, в среднем∂Km= −0,028 см2/кгс.∂p вх.гВ результате расчета по математической модели двигателя были рассчитаныэти же коэффициенты для 30% режима работы двигателя:∂Km∂Km= −0,03 см2/кгс.= 0,042 см2/кгс;∂p вх.о∂p вх.гВ итоге для дальнейшего использования в алгоритме управления двигателяприменительно к режиму дросселирования (30% по тяге) решено использовать97осредненные значения коэффициентов влияния∂Km ∂Km,, как полученные в∂pвх.о ∂p вх.грезультате испытаний, так и рассчитанные по математической модели:∂Km∂Km= −0,029 см2/кгс.= 0,046 см2/кгс;∂p вх.г∂p вх.о3.4.2.

Методика расчета давлений компонентов топлива на входе в двигательРД191 по данным полетных измеренийДля расчета поправки ∆Km p кроме коэффициентов влияния входныхдавлений необходимо знать отклонения величин входных давлений компонентов∆pвх.о , ∆p вх.г от их номинальных значений:∆p вх.о = p вх.о − p вх.о.ном ; ∆p вх.г = p вх.г − p вх.г.ном .Замер давлений pвх.о и p вх.г с непрерывной подачей информации в СУ РНне предусмотрен конструкцией двигателя РД191 и РН «Ангара». В связи с этимпо предложению головного разработчика изделия ФГУП «ГКНПЦ им. М.В.Хруничева» была разработана методика расчета статического давления на входе вдвигатель РД191 как по линии окислителя, так и по линии горючего сиспользованием имеющихся данных полетных измерений некоторых параметров.Поскольку в СУРН непрерывно поступают показания датчиков,контролирующих давление наддува в баках, было принято решение использоватьданные показания для определения давлений компонентов на входе в двигатель.Статические давления на входе в двигатель определяются по формулам:p вх.о = p б.о + (h б.о + h рм.о ) ⋅ γ о ⋅ n x ⋅ 10 − 4 ;p вх.г = p б.г + (h б.г + h рм.г ) ⋅ γ г ⋅ n x ⋅ 10 − 4 ,где98p б.о , p б.г − давления в подушке бака окислителя и горючего, значения которыхпоступают в СУ РН, кгс/см2;n x − продольная осевая перегрузка в момент времени τ (регистрируемыезначения поступают в СУ РН);γ о − удельный вес окислителя, принимаемый γ о = 1126 кг/м (при температуре3180оС);γ г − удельный вес горючего (в кг/м ), который выбирается в соответствии с3таблицей 3 в зависимости от значения среднемассовой температуры в бакегорючего перед запуском двигателя;Таблица 3Значения удельного веса керосина в зависимости от значения среднемассовойтемпературы в баке горючего перед запуском двигателя (изменение удельноговеса в пределах каждого интервала линейное)t, ºСγ г , кг/м3-23-13-371727867,82860,32852,66844,93837,13829,21h б.о , h б.г − высоты уровня жидкости в баке окислителя и горючего на режиме30% по тяге, м (учет изменения высоты уровня в баках окислителя и горючегопри расходовании топлива приводится в разделе индивидуальных коэффициентовдвигательной установки данных на пуск, в который вводится таблица высотыуровня в баке окислителя и горючего в функции времени полета (τ) на режиме30% тяги.