Диссертация (Рабочие процессы в ракетном двигателе малой тяги на газообразных компонентах топлива кислород и метан), страница 15

Схематичный план огневого стенда представлен на Рисунке68. Основными особенностями работы стенда являются: Возможность проведения гидравлических холодных испытаний; Возможность работы на длительных и импульсных режимах припроведении огневых испытаниях в условиях атмосферы; Ресурсные испытания РДМТ (до 475 секунд, из расчета расходаметана 20 г/с и массы метана в баллонах 9.5 кг); Автоматизированная систематяговых и энергетическихуправления стендом,регистрациихарактеристик РДМТ, регистрация тепловогосостояния стенок камеры сгорания РДМТ в режиме реального времени иобработки данных; Использование различных экологически чистых топливных пар,которые включают в себя как жидкие, так и газообразные компоненты:высококонцентрированная перекись водорода + керосин, кислород + керосин,кислород + метан, кислород + водород; Регулирование расходов компонентов «О», «Г» и расхода компонента,идущего на завесное охлаждение; Системавидеотрансляциисприменениемweb-камеривысокоскоростных камер; Возможность оценки температурного поля с помощью тепловизора.Огневой стенд работает по вытеснительной схеме, оснащен приточновытяжной вентиляционной системой с ежеминутной заменой объема газа в118огневом боксе после запуска двигателя, а также автоматической системойаварийного пожаротушения.Рисунок 68.

Плани овка огневого стендаВ основные системы стенда входят:Система подачи ОСистема подачи ГСистема измерения тягиИзмерительно-информационная система (ИИС)Система измерения расходов, давлений и температур на современныхдатчикахСтенд огневых испытаний использовался в данной работе для:1. Отладки режимов работы экспериментального РДМТ 200…250Н посоотношению компонентов, расходу на завесу, суммарным расходамкомпонентов;1192.Верификации разрабатываемой математической модели рабочихпроцессов в РДМТ посредством проведения кратковременных огневыхпусков с фиксаций основных характеристик двигателя3.Определения температурного поля конструкции РДМТ4.Проведения зачетных экспериментов по определению выходныххарактеристик двигателя (в том числе для дальнейшего их пересчета напустотные значения)4.1.1. Система подачи горючегоМагистраль подачи горючего состоит из набора трубок нержавеющей сталипеременного диаметра с установленной на них арматурой (Рисунок 69).Газообразный метан высокой чистоты, используемый для проведения огневыхиспытаний, подается в бокс из баллонов метана под давлением до 15 МПа.Взрывоопасность метана требует введения систем для организации безопаснойработы на стенде.Метан подается в бокс с помощью клапана КП1 (Рисунок 69), которыйработает асинхронно с дренажным клапаном КД1.

При закрытии клапана КП1,автоматически производится дренаж компонента из всей магистрали в атмосферу.В баллонной, а также по длине всей магистрали установлены сигнализаторыконцентрацииметана.Припревышенииустановленнойдопустимойконцентрации и срабатывании одного из датчиков автоматически происходитзакрытие клапана подачи КП1 и открытие дренажного клапана КД1.Измерениесекундногомассовогорасходаметанапроизводитсятермомассовым расходомером РР1.

Регулирование расхода осуществляется спомощью редуктора с электроприводом КР1.После клапана подачи магистраль горючего разделяется на две ветви:магистраль завесы и магистраль форсунок горючего. Однако из-за ограниченныхпределов измерения массового расхода горючего (до 15 г/с), завесная магистральне использовалась.120С помощью датчиков ДД1 и ДД2 контролируется давление газа в баллонах идавление подачи компонента на входе в двигатель соответственно.Рисунок 69. Пневмогид авлическая схема магист али метана4.1.2.

Система подачи окислителя.Магистраль подачи окислителя состоит из набора трубок нержавеющей сталипеременного диаметра с установленной на них арматуройГазообразный кислород(Рисунок 70).подается в огневой бокс из баллонной рампы поддавлением до 15 МПа. После клапана подачи КП4 магистраль окислителя, поаналогии с магистралью горючего, разделяется на две независимые ветви: подачакомпонента в форсунки и подача компонента в завесу.Регулирование основного расхода кислорода может производиться спомощьюпневмоуправляемогоредуктораКР2.Вовремяпроведенияэкспериментов редуктор КР2 установлен на постоянный максимальный расходокислителя (˂75 г/с), точная регулировка массового секундного расходакомпонентовнафорсункиивзавесуосуществляетсяредукторамисэлектроприводом КР4 и КР3 соответственно.

Измерение производится тремя121термомассовыми расходомерами РР2, РР3 и РР4 для общего расхода, расхода назавесу и расхода на форсунки соответственно. С помощью датчиков давления ДД5и ДД6 контролируется давление подачи компонента в смесительную головку.Рисунок 70. Пневмогид авлическая схема магист али кисло ода.По показаниям датчика ДД3 и манометра МН2 определяют давление вбаллонной рампе до и после испытаний. Для дренажа кислорода из магистралипосле окончания испытаний или в случае аварийной ситуации предусмотрендренажный клапан КД2.4.1.3. Система измерения тяги.Для измерения силы тяги в динамичном режиме работысилоизмерительное устройство СИУИ1500 [48,49].используетсяНа нем закрепляетсяиспытываемый РДМТ с трубопроводами подачи компонентов топлив.

СИУИ1500уравновешивает вектор тяги, создаваемойКС во время запуска РДМТприогневых стендовых испытаниях, передает осевую составляющую вектора тяги надинамометры. СИУИ1500 позволяет проводить измерение силы тяги приимпульсных циклических испытаниях КС.вычислительнымкомплексомВ совокупности с измерительно-тягоизмерительноеустройствообеспечивает122определение измеряемой силы тяги КС с коррекцией значений измеренныхусилий от влияния факторов, действующих на СИУИ1500 в ходе ОСИ КС.4.1.4.

Система измерения давления, расходов и температурВ систему измерения входят следующие датчики:- кориолисовые массовые расходомеры (Bronkhorst High-Tech CORIFLOW[50]);- турбинные расходомеры (Hoffer Flow Controls);- термомассовые расходомеры (Bronkhorst High-Tech IN-FLOW);- дифференциальные расходомеры;- датчики давления: тензометрические (ЗАО ОРЛЭКС, Sensys Corp[51]); пьезоэлектрические (НИИ ФИИ г. Пенза);-термометры сопротивления для определения температуры компонентов иконструкции;- датчики тока клапанов.В таблице 1 представлен список измеряемых параметров. Для измерениядавления используются два типа датчиков: высокочастотные (1000 Гц), но с большей ошибкой (0,5%) низкочастотные (1-10 Гц), но с высокой точностью (0,03%)Таблица 18.

Таблица изме яемых и егист и уемых а амет овНаименование параметра,условное обозначение, единицаизмеренияДавление в камере сгорания, РК,МПаДавление наддува расходного бакаокислителя, РБ.О, МПаЧастотаДиапазонПогрешностьизмеренияизмерения0,0982,5 0,5 %10000,0984 0,03 %1000,0984 0,03 %100регистраций,Гц123Наименование параметра,ЧастотаДиапазонПогрешностьизмеренияизмерения0,0984 0,03 %100 0,03 %100 0,5 %1000 0,03 %100 0,5 %10007307801%—Расход окислителя, г/с070 0,5 %100Расход горючего, г/с0100 0,5 %100278398 2,5 %10278398 2,5%102731373 501—10Ток клапана О, А00,5 0,031000Ток клапана Г, А00,5 0,031000Напряжение питания клапанов, U, B0302%1000условное обозначение, единицаизмеренияДавление наддува расходного бакагорючего, РБ.Г, МПаДавление окислителя на входе в0,0984двигатель, Рвх.О, МПаДавление горючего на входе в0,0984двигатель, Рвх.

Г, кгс/см2Давление окружающей среды, РОС,мм рт. ст.Температура окислителя на входе вдвигатель, Твх. О, КТемпература горючего на входе вдвигатель, Твх. Г, КТемпература конструкции, Тконстр, Крегистраций,Гц4.1.5. Автоматизированная система управления стендом, сбора иобработки данных.Стендоваясовокупностьизмерительно-информационнаясредствфункционирования.Онаизмерений,системаобъединенныхпредназначенадляпредставляетобщимавтоматическогособойалгоритмомполученияинформации от двигателя и стендовых систем, преобразования, использования124дляуправлениярежимамиработыдвигателя,атакжепредставленияизмерительной информации в удобной для пользователя форме [52,53].Стендовая ИИС обеспечивает высокую точность и надежность средствизмерений.Позволяетавтоматизироватьуправлениеаппаратурой,даетвозможность визуального контроля параметров двигателя и стендовых систем повыбору оператора-испытателя.

Возможна выборочная обработка информации втемпе испытаний. Измерение значений и обработка полученной информации идетв режиме единого времени. Система обеспечивает защиту двигателя придостижении критических значений параметров, высокую помехозащищенностьсредств измерений и каналов сбора и передачи информации. Структурная схемаИИС представлена на Рисунке 71.Рисунок 71. Ст укту ная схема ИИС.Условно ИИС можно разделить на следующие подсистемы:Измерительнаяподсистема,получающаязначениятемпературповерхности стенки ЖРДМТ, давлений в трубопроводах и КС двигателя,токов и напряжений клапанов, тяги ЖРД, расходов компонентов;125Подсистема сбора данных,позволяющаясобиратьрезультатыизмерений как аналоговых, так и дискретных величин, поступающих сдатчиков;Подсистема управления, осуществляющая испытания в ручном иавтоматическом режимах по заданной циклограмме;Подсистемаконтроляиспытанийвреальномвремени,отслеживающая все измеряемые параметры, отображающая их в удобном дляэкспериментатора виде (таблицы, графики);Подсистема формирования отчетов о проведенных испытаниях,печати и архивирования протоколов экспериментов.Подсистема трансляции испытаний в режиме реального времени.В аппаратно-программном комплексе применяется следующее программноеобеспечение (ПО):oПО ExperimentAllyser отвечает за связь с контроллером ИИС, являетсяобщим сервером данных и осуществляет передачу управляющих сигналов сПО в контроллер;oПОOscilAllyserиспользуетсядляпроверкипреобразованныханалоговых сигналов и настройки датчиков;oПО Wonderware SCADA-Intouch осуществляет контроль и частичноеуправление испытаниями в удобном графическом интерфейсе;oПО ExperimentManager служит для задания программы испытаний ициклограмм, и отвечает за общее проведение испытаний.Управление стендом осуществляется в автоматическом режиме через системуфирмы Wonderware SCADA InTouch.