Диссертация (Влияние входных давлений компонентов топлива на точность управления и регулирования многорежимных маршевых кислородно-керосиновых ЖРД типа РД191), страница 9

Ракета-носитель «Ангара-А5». Схема блоковНа рисунке 19 представлены расчетные зависимости изменения давлений навходе в двигатель по линиям окислителя и горючего в процессе работы двигателяцентрального блока [34]. Видно, что в течение ~155 с давления окислителя игорючего на входе в двигатель монотонно возрастают соответственно от ~4,5кгс/см2 и ~2,7 кгс/см2 до ~9,8 кгс/см2 и ~3,7 кгс/см2 и далее (при переводе работыВходные давления компонентов, кгс/см2020406080ГорючееВремя, с100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340Окислитель020406080100установленного на центральном блоке РН «Ангара-А5»Рисунок 19.

Прогноз изменения давлений компонентов на входе в двигатель и циклограмма работы двигателя РД191,0123456789120Тяга, %107071двигателей боковых ступеней на пониженный режим тяги перед отстыковкой)снижаются [32].Проведенный по математической модели расчет показал значительноевлияние входных давлений компонентов на точность управления и регулированияна низких режимах.

Изменение давления окислителя на входе в двигатель на +1кгс/см2 соответствует изменению тяги на 0,2% и соотношения компонентов на1,82%, а изменение давления горючего на входе в двигатель на +1 кгс/см2соответствует изменению тяги на -0,06% и соотношения компонентов на -1,54%от номинальных величин (см. рисунки 16.1, 16.2, 17.1, 17.2).Для подтверждения адекватности данных, полученных в результате расчетапо разработанной математической модели двигателя, необходимо было провестиряд экспериментов, на практике подтверждающих существенное влияниевходных давлений компонентов топлива на режимах дросселирования двигателя.3.2.

Экспериментальное исследование степени влияния входных давленийокислителя и горючего на тягу и соотношение расходов компонентовтопливаЭкспериментальное исследование степени влияния входных давленийкомпонентов на тягу и соотношение расходов компонентов было начато спроверки данных, полученных в результате расчета по математической моделидвигателя для 100% режима по тяге.В программе испытания №054 двигателя РД191 №Д004/2 (профилизадаваемых по программе тяги и соотношения расходов компонентов топлива,фактически полученные значения тяги и соотношения расходов компонентовтоплива, входные давления окислителя и горючего, коды, выдаваемые на приводырегулятора и дросселя в процессе испытания, приведены на рисунке 20)предусмотрен вывод двигателя на 100% режим работы, его работа на данном72режиме ~ 220 c, дросселирование до уровня тяги 38% (режим конечной ступени(КСТ)) и его отключение.

Общая продолжительность испытания 237 с. В процессеиспытанияпланировалосьпоследовательноувеличитьвходноедавлениеокислителя с 30 с от величины 4,0±0,5 кгс/см2 (изб.) до 7,0±0,5 кгс/см2 (изб.) ивходное давление горючего с 100 с от 1,1±0,5 кгс/см2 (изб.) до 4,5±0,5 кгс/см2(изб.).В процессе проведения испытания было обеспечено увеличение входногодавления окислителя с величины ~4 кгс/см2 (изб.) до величины ~7 кгс/см2 (изб.) с~30 с по ~80 с и входного давления горючего с величины ~1,4 кгс/см2 (изб.) довеличины ~4,5 кгс/см2 (изб.) с ~100 с по ~150 с.

При этом до увеличения входногодавления окислителя были реализованы значения R=100,209% и Km=2,73. ПослеувеличениявходногодавленияокислителябылиреализованызначенияR=100,38% и Km=2,755, т.е. рост значений R и Km от повышения входногодавления окислителя ~ на 3 кгс/см2 составил примерно ~0,17% и ~0,9%соответственно. Увеличение входного давления горючего ~ на 3 кгс/см2 оказалообратное влияние на R и Km. Так до увеличения входного давления горючегобыли реализованы значения R=100,286% и Km=2,751 после увеличения входногодавления горючего были реализованы значения R=100,246% и Km=2,741, т.е.значения R и Km снизились на ~ 0,04% и ~ 0,4%.Указанные выше изменения значений R и Km оказались довольно малы.Эти изменения лежат в допустимом диапазоне погрешности измеренийпараметров двигателя.Одного испытания недостаточно для подтверждения данных, полученных врезультате расчета по математической модели двигателя в части влиянияизменения входных давлений компонентов топлива на тягу и соотношениерасходов компонентов топлива на 100% режиме его работы, поэтомупотребовалось провести еще несколько экспериментов.В процессе последующего испытания в программе испытания №055двигателя РД191 №Д004/2 (профили задаваемых по программе тяги исоотношения расходов компонентов топлива, фактически полученные значения73тяги и соотношения расходов компонентов топлива, входные давленияокислителя и горючего, коды, выдаваемые на приводы регулятора и дросселя впроцессе испытания, приведены на рисунке 21) предусмотрен вывод двигателя на100% режим работы, его работа на данном режиме ~ 220 c, дросселирование доуровня тяги 38% (режим КСТ) и его отключение.

Общая продолжительностьиспытания 237 с. В процессе испытания планировалось последовательноувеличить входное давление окислителя с 60 с от величины 3,8±0,5 кгс/см2 (изб.)до 7,0±0,5 кгс/см2 (изб.) и входное давление горючего со 120 с от 1,1±0,5 кгс/см2(изб.) до 4,0±0,5 кгс/см2 (изб.).В процессе проведения испытания было обеспечено увеличение входногодавления окислителя с величины ~3,8 кгс/см2 (изб.) до величины ~7 кгс/см2 (изб.)с ~60 с по ~85 с и входного давления горючего с величины ~1,4 кгс/см2 (изб.) довеличины ~4,0 кгс/см2 (изб.) с ~120 с по ~165 с.

При этом до увеличения входногодавления окислителя были реализованы значения R=100,016% и Km=2,762. ПослеувеличениявходногодавленияокислителябылиреализованызначенияR=100,254% и Km=2,783, т.е. рост значений R и Km от повышения входногодавления окислителя ~ на 3 кгс/см2 составил примерно ~0,24% и ~0,76%соответственно. Увеличение входного давления горючего ~ на 3 кгс/см2 оказалообратное влияние на R и Km. Так до увеличения входного давления горючегобыли реализованы значения R=100,254% и Km=2,783 после увеличения входногодавления горючего были реализованы значения R=100,042% и Km=2,766, т.е.значения R и Km снизились на ~ 0,21% и ~ 0,61%.Указанные выше изменения значений R и Km после повышения входныхдавлений компонентов как и при проведении испытания №054 двигателя РД191№Д004/2 оказались довольно малы. Эти изменения лежат в допустимомдиапазонепогрешностиизмеренийпараметровдвигателя,т.е.даннымизменением можно пренебречь.Следующее испытание №062 проводилось на другом экземпляре двигателяРД191 №Д005/2 (профили задаваемых по программе тяги и соотношениярасходов компонентов топлива, фактически полученные значения тяги иКод N1 (привод регулятора)Код N2 (привод дросселя)Вх.

давление окислителяВх. давление горючегоТяга двигателя, задаваемая в программе испытанияТяга двигателя, фактически реализованная74R, %110Km1003,490803,27060Km фактически реализованное350402,83020Km, задаваемое в программе испытания2,610202,4кг/см(изб.)Рисунок 21. Испытание №055 двигателя РД191 №Д004/275соотношения расходов компонентов топлива, входные давления окислителя игорючего, коды, выдаваемые на приводы регулятора и дросселя в процессеиспытания, приведены на рисунке 22).

В программе испытания предусмотренвывод двигателя на 100% режим работы, его работа на данном режиме ~ 220 c,дросселирование до уровня тяги 38% (режим КСТ) и его отключение. Общаяпродолжительность испытания 237 с. В процессе испытания планировалосьпоследовательно уменьшать входное давление горючего в 2 этапа: с 35 с отвеличины 3,5±0,5 кгс/см2 (изб.) до 1,8±0,5 кгс/см2 (изб.), затем со 130 с от 1,8±0,5кгс/см2 (изб.) до 1,1±0,5 кгс/см2 (изб.).В процессе проведения испытания было обеспечено уменьшение входногодавления горючего в 2 этапа: с величины ~3,6 кгс/см2 (изб.) до величины ~1,8кгс/см2 (изб.) с ~35 с по ~100 с, затем с величины ~1,8 кгс/см2 (изб.) до величины~1,4 кгс/см2 (изб.) со ~130 с по ~180 с.

При этом до первого понижения входногодавления горючего были реализованы значения R=100,034% и Km=2,801. Послепервого уменьшения входного давления горючего были реализованы значенияR=100,003% и Km=2,794, т.е. снижение значений R и Km от понижения входногодавления горючего ~ на 1,8 кгс/см2 составило примерно ~0,03% и ~0,25%соответственно. При последующих проведенных перекладках привода дросселягорючего к 108 с был обеспечен режим R=99,554% и Km=2,762. Дальнейшеевторое понижение входного давления горючего ~ на 0,4 кгс/см2 понизилозначения R до 99,479% и Km до 2,754, т.е. примерно на 0,08% и 0,29%соответственно.Указанные выше изменения значений R и Km оказались также довольномалы.

Эти изменения лежат в допустимом диапазоне погрешности измеренийпараметров двигателя и могут не учитываться алгоритмом управления двигателя.Анализ данных полученных по результатам проведенных испытаний (№№054, 055, 062) показывает хорошую сходимость задаваемых и реализованных впроцессе испытания значений тяги и соотношения расходов компонентов.Проведенныеиспытанияподтвердилипредварительныевыводы,полученные в результате расчета по математической модели двигателя, в частиКод N1 (привод регулятора)Код N2 (привод дросселя)Вх. давление окислителяВх.

давление горючегоТяга двигателя, задаваемая в программе испытанияТяга двигателя, фактически реализованная76R, %110Km100103,490803,27060Km фактически реализованное350402,830202,6Km, задаваемое в программе испытания202,4кг/см(изб.)Рисунок 22. Испытание №062 двигателя РД191 №Д005/277крайне низкого влияния изменения входных давлений компонентов на тягу исоотношение расходов компонентов для 100% режима работы двигателя РД191.Однако особенность полета РН «Ангара-А5», в частности значительныйрост входных давлений окислителя и горючего (рисунок 19), потребовалипроведения ряда исследований по определению степени влияния изменениявходных давлений окислителя и горючего именно на низких (≤38% по тяге отноминала) режимах работы двигателя.Испытание №072 проводилось на двигателе РД191 №Д008.

В процессеиспытания предусматривалось выведение двигателя на 100% режим работы, егоработа на данном режиме до 40 с, последующее глубокое дросселирование доуровня тяги 27% за 7 с, работа на данном режиме 170 с, последующеефорсирование до уровня тяги 100%, работа на данном режиме 90 с, переход наКСТ и выключение двигателя. Общая продолжительность испытания 325 с. Впроцессе испытания планировалось увеличение входного давления окислителя со140 с по 180 с с 3,5±0,5 кгс/см2 (изб.) до 7,0±0,5 кгс/см2 (изб.) (профилизадаваемых по программе тяги и соотношения расходов компонентов топлива,фактически полученные значения тяги и соотношения расходов компонентовтоплива, входные давления окислителя и горючего, коды, выдаваемые на приводырегулятора и дросселя в процессе испытания, приведены на рисунке 23).Особенностью данного испытания являлось то, что его планировалосьпроводить по «жесткой» программе.