Диссертация (Влияние входных давлений компонентов топлива на точность управления и регулирования многорежимных маршевых кислородно-керосиновых ЖРД типа РД191), страница 13

Формат данных по высоте уровней представлен в таблице 4);Таблица 4Формат данных по высотам уровней компонентов окислителя и горючего(изменение уровней в пределах временных интервалов линейное)№константы1.…10.τ, сh б.о , мh б.г , мXXX,XX…XXX,XXXX,XX…XX,XXXX,XX…XX,XX99h рм.о , h рм.г − расстояние от полюсов нижних днищ баков окислителя игорючего до стыка с двигателем РД191, м ( h рм.о = 8,3 м; h рм.г = 1,1 м).Расчет статических давлений на входе в двигатель РД191 по линиямокислителя и горючего, с учетом погрешностей измерения давлений в баке,удельныхвесовкомпонентовтопливаигидравлическихсопротивлениймагистралей, ведется с достаточной точностью.

Погрешность определениясоставляет не более ±0,5 кгс/см2.3.4.3. Модификация алгоритма управления и регулирования двигателяРД191 [52]В связи с достаточностью данных для определения величины поправки∆Km p , учитывающей влияние входных давлений компонентов топлива, впроцедуру расчета кодов команд (см. раздел 2.3. диссертации) вносится несколькоопераций.После процедуры расчета тяги двигателя с учетом влияния изменениятемператур компонентов топлива, которая вносится в расчет кодов команд наприводы регулятора расхода и дросселя горючего для обеспечения требуемогорежима по тяге, вычисляется поправка ∆Km p , при этом:при R>0,3:∆Km p = 0при R≤0,3 последовательно определяются:p вх.о = p б.о + (h б.о + h рм.о ) ⋅ γ о ⋅ n x ⋅ 10p вх.г = p б.г + (h б.г + h рм.г ) ⋅ γ г ⋅ n x ⋅ 10Δp вх.о = p вх.о − p вх.о.номΔp вх.г = p вх.г − p вх.г.ном−4−4100ΔKm p = β 5 ⋅ ∆p вх о + β 6 ⋅ ∆p вх г ,где β5 и β 6 , определенные ранее коэффициенты влияния входных давлений насоотношение расходов компонентов топлива:β5 =∂Km∂Km= −0,029 см2/кгс.= 0,046 см2/кгс; β 6 =∂p вх.г∂p вх.оНеобходимо обратить внимание на то, что поправка ∆Km p задействуетсятолько для задаваемых СУ РН или стендовой СУ значений тяги ≤30%.

Призначениях тяги > 30% данная поправка приравнивается к нулю.Послеопределенияэтойпоправкирассчитываютсякодыкоманд,выдаваемые на приводы регулятора расхода N1 и дросселя горючего N 2 дляобеспечения требуемого уровня режима по тяге R и соотношению расходовкомпонентов топлива Km с учетом влияния как температур компонентов топливатак и их входных давлений:22N1 = ∑ A i ⋅(R − ∆R t ) i + (ΔKm− ΔKm t ) ⋅ ∑ C i ⋅(R − ∆R t ) ii =0i=022iN 2 = ∑ Bi ⋅(R − ∆R t ) + (ΔKm− ΔKm t − ΔKm p ) ⋅ ∑ D i ⋅(R − ∆R t ) i + ΔN 2 ⋅ zi=0i=0где z=1 при R≤0,38 и z=0 при R>0,38, а R и ΔKm также задаются СУ РН.Подобный учет алгоритмом управления и регулирования двигателяизменения входных давлений компонентов при работе двигателя РД191 в составевторой ступени РН «Ангара-А5» и введение в алгоритм регулированиякоэффициентов влияния входных давлений компонентов на значение Km приработе на продолжительном режиме дросселирования (≤30% по тяге) во времяполета данной РН обеспечивают требуемую точность работы СУРТ РН и работудвигателя в эксплуатационном диапазоне значений Km.Данная корректировка алгоритма управления и регулирования двигателяпотребовала проведения ряда испытаний для подтверждения эффективностиразработанного мероприятия.1013.5.

Экспериментальное подтверждение эффективности корректировкиалгоритма управления и регулирования двигателя в части учета влияниявходных давлений окислителя и горючего на соотношение расходовкомпонентов топливаОткорректированный алгоритм управления и регулирования двигателя впервый раз планировалось проверить на том же двигателе Д011/2, проходившемиспытания без предлагаемых изменений (испытание №138). В ходе проведенияиспытания №139 двигателя РД191 №Д011/2 планировалось проводить припоследовательном повышении входного давления окислителя с 3,5±0,5 кгс/см2(изб.) до 8,0±0,5 кгс/см2 (изб.) и повышении входного давлении по линиигорючего с 2,0±0,5 кгс/см2 (изб.) до 3,5±0,5 кгс/см2 (изб.).

В программе испытанияпредусматривалось выведение двигателя на режим 100%, с последующей работойна данном режиме ~ 35 с; дросселирование до уровня тяги 27% и работа наданном режиме 140 с; форсирование до уровня тяги 38% и работа на этом режиме8 с; форсирование до режима 100%, работа на этом режиме 120 с; переход на КСТи дальнейшее отключение двигателя (профили задаваемых по программе тяги исоотношения расходов компонентов топлива, фактически полученные значениятяги и соотношения расходов компонентов топлива, входные давленияокислителя и горючего, коды, выдаваемые на приводы регулятора и дросселя впроцессе испытания, приведены на рисунке 30). Общая продолжительностьиспытания 330 с.В ходе проведения данного испытания двигатель был выведен на режимR=99,437% и Km=2,765.

Далее (40 с − 47 с) двигатель переведен на режим27,873%, при этом обеспечено Km=2,819, после проведенной перекладкидросселя (60 с – 66 с), имитирующей работу системы СУРТ, было обеспеченоR=27,759% и Km=2,821. В дальнейшем, в связи с увеличением входного давленияпо линии окислителя, к ~ 130 с были реализованы R=28,25% и Km=2,808. Далее, всвязи с ростом входного давления горючего, примерно к 172 с были реализованыКод N1 (привод регулятора)Код N2 (привод дросселя)Вх. давление окислителяВх. давление горючегоТяга двигателя, задаваемая в программе испытанияТяга двигателя, фактически реализованная102R, %110Km10020Km фактически реализованное806040Km, задаваемое в программе испытаниякг/см2(изб.)0Рисунок 30.

Испытание №139 двигателя РД191 №Д011/23,1902,9702,7502,5302,3102,1103R=28,209% и Km=2,797. Особенностей при последующей работе двигателя нарежиме 38%, а затем 100% выявлено не было.Анализируя данные, полученные в ходе данного испытания, необходимоотметить, что отклонение значения соотношения расходов компонентов послероста входного давления окислителя от запланированной величины составило ~+2%. После роста входного давления по линии горючего отклонение составило ~+1,7%.В результате проведенного испытания можно сделать вывод о том, чтоиспользование откорректированного алгоритма управления и регулированиядвигателя позволило обеспечить значения тяги и соотношения расходовкомпонентов топлива в заданных по ТЗ пределах.Одногоиспытаниядляпроверкиэффективностиразработанногомероприятия недостаточно.

Поэтому потребовалось провести еще несколькоэкспериментов на других экземплярах двигателей.Следующее испытание №144 планировалось провести на двигателе РД191№Д016/1. В программе испытания предусматривалось выведение двигателя нарежим 100% (5 с − 40 с); дросселирование (40 с − 47 с) до уровня тяги 27% иработа на данном режиме до 217 с; форсирование до уровня тяги 38% и работа наэтом режиме до 225,8 с; форсирование до режима 100%, работа на этом режиме 90с; переход на КСТ и дальнейшее отключение двигателя (профили задаваемых попрограмме тяги и соотношения расходов компонентов топлива, фактическиполученные значения тяги и соотношения расходов компонентов топлива,входные давления окислителя и горючего, коды, выдаваемые на приводырегулятора и дросселя в процессе испытания, приведены на рисунке 31).

Общаяпродолжительность испытания 330 с. Особенностью данного испытания посравнению с предыдущими являлось одновременное повышение входныхдавлений окислителя и горючего с 3,5±0,5 кгс/см2 (изб.) до 8,0±0,5 кгс/см2 (изб.) ис 2,0±0,5 кгс/см2 (изб.) до 3,5±0,5 кгс/см2 (изб.) соответственно.104R, %KmТяга двигателя, задаваемая в программе испытанияТяга двигателя, фактически реализованная1101003,2Km, задаваемое в программе испытания3,1903,0802,9702,8602,750Km фактически реализованное2,6402,5302,4202,3102,202,1Код N1 (привод регулятора)Код N2 (привод дросселя)Вх.

давление окислителяВх. давление горючегокг/см2(изб.)Рисунок 31. Испытание №144 двигателя РД191 №Д016/1105В ходе проведения данного испытания двигатель был выведен на режимR=99,371% и Km=2,696. Далее (40 с − 47 с) двигатель переведен на режим28,439%, при этом обеспечено Km=2,705, после проведенной перекладкидросселя (60 с – 66 с), имитирующей работу системы СУРТ, было обеспеченоR=27,225% и Km=2,701. В дальнейшем, в связи с увеличением входного давлениякомпонентов топлива, к ~ 125 с были реализованы R=28,857% и Km=2,705.Особенностей при последующей работе двигателя на режиме 38% и 100%выявлено не было.В результате анализа данных, полученных в ходе данного испытания,можно отметить, что отклонение значений R и Km после роста входных давленийкомпонентов топлива от запланированных величин составило ~ +1,8% и ~ -1,7%соответственно.

Использование откорректированного алгоритма управления ирегулирования двигателя позволило «парировать» влияние повышения входныхдавлений компонентов при этом были обеспечены значения R и Km сдостаточной точностью, не превышающей оговоренную в ТЗ.Завершающимэффективностииспытаниемработыэкспериментальногооткорректированногоалгоритмаподтвержденияуправленияирегулирования двигателя РД191 было испытание №150 двигателя РД191 №Д024.Данное испытание планировалось проводить при изначально высоких уровняхвходных давлений компонентов (входное давление окислителя ~ 8,0±0,5 кгс/см2(изб.), входное давление горючего ~ 3,5±0,5 кгс/см2 (изб.) (профили задаваемых попрограмме тяги и соотношения расходов компонентов топлива, фактическиполученные значения тяги и соотношения расходов компонентов топлива,входные давления окислителя и горючего, коды, выдаваемые на приводырегулятора и дросселя в процессе испытания, приведены на рисунке 32).