Автореферат (Совершенствование технологии уточняющих испытаний ракетных двигателей малых тяг)

На правах рукописиХохлов Алексей НиколаевичСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ УТОЧНЯЮЩИХ ИСПЫТАНИЙРАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ МАЛЫХ ТЯГСпециальность 05.07.05«Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановкилетательных аппаратов»Авторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2015Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего профессионального образования «Московский авиационный институт(национальный исследовательский университет)».Научный руководитель:кандидат технических наук, доцент,Коломенцев Александр ИвановичОфициальныеоппоненты:Ягодников Дмитрий Алексеевичдоктор технических наук, профессорФедеральное государственное бюджетное образовательноеучреждение высшего профессионального образования«Московский государственный технический университетим.

Н.Э. Баумана»Заведующий кафедрой «Ракетные двигатели»Мосолов Сергей Владимировичкандидат физико-технических наукГосударственный научный центр Российской Федерации федеральное государственное унитарное предприятие«Исследовательский центр имени М.В.Келдыша»Начальник отделения «Жидкостные ракетные двигатели»Ведущая организация:Федеральноеказенноепредприятие«Научноиспытательныйцентрракетно-космическойпромышленности» (ФКП «НИЦ РКП»)Защита состоится «21» декабря 2015 г. в 1300 часов на заседании диссертационногосовета Д212.125.08, созданного на базе Московского авиационного института(национального исследовательского университета) по адресу: 125993, Москва, А-80, ГСП-3,Волоколамское шоссе, д.4.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Московскогоавиационногоинститута(национальногоисследовательскогоуниверситета)http://www.mai.ru/events/defence/.Автореферат разослан: «_____» ________________ 2015 г.Ученый секретарь диссертационногосовета Д212.125.08,д.

т. н., профессорЗуев Юрий Владимирович2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы диссертации. Работа посвящена решению проблемы проведениястендовых испытаний ракетных двигателей малых тяг (РДМТ). Рассмотрены РДМТ,работающие на жидких и газообразных компонентах топлива (КТ), которые входят в составдвигательных установок (ДУ) космических аппаратов (КА) и могут выполнять все функцииисполнительных органов в системах коррекции и стабилизации орбиты, ориентации КА.Проблема заключается в необходимости сокращения стоимости и времени наземнойэкспериментальной отработки (ЭО) – самого дорогого этапа жизненного цикла изделия. Длярешения этого вопроса на токсичных компонентах топлива разработчики отказались отуточняющих испытаний (УИ) (одного из этапов ЭО), т.к.

суммарная стендовая наработка,статистика по испытаниям прошлых лет, масштабирование РДМТ позволяет это сделать.На сегодняшний момент появилась необходимость в разработке РДМТ на экологическибезопасных КТ. Это обусловлено тем, что почти все новые проекты перспективных средстввыведения и разгонных блоков планируются на высокоэнергетических экологически чистыхи безопасных КТ, таких как кислород+водород, кислород+метан, кислород+керосин, аследовательно, и реактивные системы управления должны быть на основных бортовых КТ.РДМТ на таких КТ не имеют достаточного объема статистических данных по отработкеконструкций, поэтому для подтверждения работоспособности необходимо проведениеуточняющих испытаний.

А т.к. стоимость испытаний достаточно высока, естьнеобходимость в сокращении времени проведения и затрат на испытания за счетсовершенствования технологии проведения уточняющих испытаний.Актуальность темы настоящей работы состоит в совершенствовании технологииуточняющих испытаний РДМТ, работающих на экологически безопасных жидких игазообразных компонентах топлива (КТ), таких как кислород+метан, кислород+водород,водорода пероксид высококонцентрированный (ВПВ)+керосин в части повышенияинформативности и качества экспериментальной отработки.Совершенствование технологии испытаний основано на применения теорииматематического планирования и регрессионного анализа. Данной темой занимались такиеученые как Трофимов Р.С., Кесаев Х.В., Жуковский А.Е.

и др. Но их методики планированияи анализа результатов испытаний относятся, в основном, к ЖРД большой мощности и имине проведен подробный анализ построенных регрессионных моделей и плановэкспериментов для конкретных двигателей.Усовершенствованная технология позволяет оперативно оценить работоспособностьконструкции РДМТ с помощью регрессионных моделей основных параметров двигателей,что позволяет сократить объем испытаний.Целью настоящей научной работы является совершенствование технологииуточняющих испытаний для сокращения объема экспериментальной отработки РДМТ,работающих на жидких и газообразных КТ.Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:- провести анализ существующих методов математического планирования испытаний,регрессионного анализа и экспериментальных исследований для определения рациональногообъема параметров и определяющих факторов, на основе которых может быть установленаработоспособность РДМТ;- определить вид функциональных зависимостей и коэффициенты регрессиивыбранных параметров, позволяющих установить работоспособность двигателей,испытанных в лаборатории Московского авиационного института (национальногоисследовательского университета) (МАИ (НИУ));3- обобщить результаты исследований с использованием собственных и результатовдругих авторов, для подтверждения возможности использования разработанной технологиистендовых испытаний РДМТ;- разработать технологию уточняющих испытаний для повышения качестваэкспериментальной отработки РДМТ.Методы исследования, которые будут использованы при решении указанных задач:- анализ и обобщение опыта проведения стендовых испытаний с использованиемнаучных положений экспериментальной отработки РДМТ ракетно-космических систем;- математического планирования экспериментов, регрессионного и статистическогоанализа результатов испытаний;- формирования статистическо-математических программ для планированияэкспериментов и регрессионного анализа результатов испытаний;Решение указанных задач осуществлялось при исследованиях, проведенных в МАИ спривлечением экспериментальных данных, полученных в ГНЦ РФ – ФГУП«Исследовательский центр имени М.В.Келдыша» и EADS Astrium.Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:1.

Предложена технология уточняющих испытаний РДМТ на жидких и газообразныхКТ с использованием рационального планирования экспериментов и построения адекватныхрегрессионных моделей с оценкой работоспособности двигателей по полученным значениямудельного импульса тяги и температуры конструкции.2. Разработан комплекс программ для построения планов экспериментов прииспытаниях РДМТ и статистической обработки результатов испытаний с построениемрегрессионных моделей.3.

Обоснован способ подтверждения адекватности регрессионных моделей порезультатам испытаний РДМТ с использованием F-критерия.Теоретическая и практическая значимость диссертационной работы.Усовершенствованная технология уточняющих испытаний позволяет уменьшитьобъем испытаний и формировать регрессионные модели для оценки техническиххарактеристик и оперативной оценки работоспособности РДМТ, что повышаетинформативность и качество экспериментальной отработки двигателей.Результаты исследований и разработок нашли применение в МАИ и ФКП «НИЦ РКП»при проведении испытаний и могут быть использованы в КБхиммаш им.

А.М. Исаева, ФГУП«НИИМАШ» и др.Основные положения диссертации, выносимые на защиту:- экспериментальную установку для проведения огневых испытаний РДМТ;- методику проведения испытаний РДМТ для различных компонентов топлива и тягдвигателей;- алгоритм и программное обеспечение для построения планов экспериментов истатистической обработки результатов испытаний;- регрессионные модели основных параметров РДМТ;- анализ разработанных регрессионных моделей;- оценку соответствия выходных параметров двигателей требованиям ТЗ с помощьюполученных моделей;- проверку эффективности разработанной технологии испытаний на предприятияхракетно-космической отрасли.4Степень достоверности и апробация результатов.Достоверность диссертационной работы обеспечена:- использованием современных физико-технических методов для решения инженерныхзадач по определению характеристик РДМТ;- получением и обоснованием данных по результатам испытаний РДМТ на натурномстенде с сертифицированными средствами измерений;- согласованием результатов теоретических и экспериментальных исследований сточностью, необходимой для определения характеристик РДМТ конкретной конструкции.Апробация результатов работы.

Основные результаты диссертации докладывались иобсуждались на следующих зарубежных, международных и всероссийских конференциях:- 2-ой, 3-ей, 4-ой, 6-ой Общероссийских молодежных науч.-техн. конф. «Молодежь.Техника. Космос.» Балт. гос. техн. ун-т. – СПб., 2010-2012, 2014;Всероссийскойнаучно-техническойконференции«Ракетно-космическиедвигательные установки», МГТУ им. Н.Э.

Баумана, Москва, 2010;- «Проблемы и перспективы развития двигателестроения: Международной науч.-техн.конф». Самара: СГАУ (НИУ), 2011;- 10-ой, 13-ой Международных конференциях «Авиация и космонатика», МАИ (НИУ),2011, 2014;- 19-ой научно-технической конференции молодых ученых и специалистов. РКК«Энергия», Королев, 2011;- Московской молодежной научно-практической конференции «Инновации в авиациии космонавтике-2012», МАИ (НИУ), 2012;- 17-ом Международном конгрессе двигателестроителей, п.

Рыбачье, Украина, 2012;- Международной молодежной научной конференции «ХХ Туполевские чтения», КАИ,Казань, 2012;- Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Космос-2012», СГАУ(НИУ), Самара, 2012;- 64th International Astronautical Congress 2013, Space Propulsion Symposium (C4) Specialsession: Thematic Workshop with Professionals and Students (5). Пекин, 2013;- Международной молодежной научной конференции «ХII Королёвские чтения»,СГАУ, Самара, 2013;- II-м Всероссийском форуме школьников, студентов, аспирантов и молодых ученых смеждународным участием «Космическое приборостроение», НИТПУ, Томск, 2014;- Научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ФГУПЦНИИмаш, ФГУП ЦНИИмаш, Королев, 2015;- Всероссийской научно-технической конференции «Ракетные двигатели иэнергетические установки», КАИ (НИУ), Казань, 2015.Публикации. По теме диссертации опубликовано 26 работ, из них 6 опубликовано врецензируемых журналах и изданиях, рекомендованных ВАК и 1 статья в зарубежномнаучно-техническом журнале, 2 свидетельства о государственной регистрации программ дляЭВМ, 17 материалов докладов были представлены в трудах зарубежных, международных ивсероссийских конференций.Структура и объем работы.