Автореферат (Совершенствование технологии уточняющих испытаний ракетных двигателей малых тяг), страница 3

Программа разделена на два основных связанных модуля идва вспомогательных.В общем виде алгоритм ПО представлен на рисунке 3.Рисунок 3 – Алгоритм программного обеспеченияВ третьей главе приведены результаты исследований разработанной методики анализаиспытаний. Проведены огневые испытания.В таблицах 4,5,6 представлены результаты огневых испытаний двигателей.Таблица 4 – Результаты испытаний двигателя ДМТ-МАИ-500П(Tст )ср ,mоmгTст , КnNКкодг/скодг/с33711+179+29367436363862162+2938223785408316221404140074704+179214658460iiТаблица 5 – Результаты испытаний двигателя ДМТ-МАИ-200МmоmгNn116кодг/скодг/с+73+4,511I yi , с( I yi ) ср , с131127129Продолжение таблицы 5.N23456789mгmоn8153941321210165711171418кодг/скодг/с+73-2,5-47+4,5-47-2,5060+4,5+7303,5-4703,5060-2,506003,5Таблица 6 – Результаты испытаний двигателя ДМТ-МАИ-200МmоmгN1234n34625178кодг/скодг/с+73+4,5-47+4,5-47-2,5+73-2,5I yi , с( I yi ) ср , с108105137135121118136133118116133131118114120117106,5136119,5134,5117132116118,5Tстi ,(Tстi )ср ,К778773797793639633554550К775795736552Далее на основании проведенных испытаний сформированы регрессионные модели, атакже проведен их анализ.ДМТ-МАИ-500ППосле статистической обработки испытаний получена регрессионная модель вида:Tст ,[ K ]  404,5  11,5mo  30 mг  19 mo mг .На рисункеДМТ-МАИ-500П.4графическипредставленырезультатыиспытанийОтносительная ошибка модели определяется по формуле   maxTстсрдвигателя, где –относительная ошибка модели,  max – максимальное стреднеквадратичное отклонение,которое равно  max  Dmax , где Dmax – максимальная дисперсия воспроизводимости12опытов, Tстср maxTстср– среднее значение температуры стенки Относительная ошибка равна:50 0,017  1,7% .404,5ДМТ-МАИ-200МПосле статистической обработки испытаний получена регрессионная модель вида:I у ,[c ]  122, 278  5,83mo  9,583mг  1,5 mo mг .Относительная ошибка   maxI уср 2,3% .Рисунок 4 – График поверхности отклика температуры стенки двигателя ДМТ-МАИ-500Пи температуры стенки в зависимости от расхода окислителя при постоянном расходегорючего – 21 г/с: ‫ – ־‬расчетная модель, х – экспериментальные точкиНа рисунке 5 графически представленыДМТ-МАИ-200М для удельного импульса тяги.результатыиспытанийдвигателяРисунок 5 – Графики поверхности отклика удельного импульса тяги двигателя ДМТМАИ-200М и удельного импульса тяги в зависимости от расхода горючего припостоянном расходе окислителя – 60 г/с: ‫ – ־‬расчетная модель, х – экспериментальныеточкиПосле статистической обработки испытаний получена регрессионная модель вида:Tст ,[ K ]  689  25mo  95mг  16 mo mг .13Относительная ошибка модели равна   maxTстср 1,5% .Уравнение регрессии для двигателя ДМТ-МАИ-200М для удельного импульса тяги припостоянном расходе окислителя (47 г/с) выглядит следующим образом:I у ,[c ]  122, 278  9,583mг .На рисунке 6 графически представленыДМТ-МАИ-200М для температуры стенки.результатыиспытанийдвигателяРисунок 6 – Графики поверхности отклика температуры стенки двигателя ДМТ-МАИ200М и температуры стенки в зависимости от расхода горючего при постоянном расходеокислителя – 47 г/с: ‫ – ־‬расчетная модель, х – экспериментальные точкиДалее проведена оценка соответствия параметров двигателя заданным требованиям.Гарантированные границы работоспособности двигателя, регрессионная модель и значенияудельного импульса, заданного по ТЗ показаны на рисунке 7.

Оценка соответствияпараметров двигателя ДМТ-МАИ-200М проводилась по критерию на соответствиетребованиям, заданных в ТЗ, удельного и импульса тяги и полученного при испытаниях.Рисунок 7 – График для исследования соответствия параметров требованиям ТЗ. -- −гарантированные границы работоспособности двигателя, - − уравнение регрессии припостоянном расходе окислителя 60 г/с, х – максимальное и минимальное значенияудельного импульса тяги, указанные в ТЗ14В нашем случае оценку требований ТЗ будем проводить по формуле:IТЗI сррmax(min) k ( p,  , N ),iгде IТЗ– максимальное (минимальное) значение удельного импульса тяги, заданноеmax(min)в ТЗ; I срр – расчетное значение удельного импульса тяги по регрессионной модели;  i –среднеквадратическое отклонение удельного импульса тяги в данной точке; k – квантильраспределения, p – параметрическая вероятность; N – число опытов,  – доверительнаявероятность.Для максимального значения удельного импульса тяги по ТЗI  132.9 с ,  i рсрIТЗmaxIрсрIТЗmax  127с,4,5 .127  132,94,5 2, 781При доверительной вероятности   0.95 , k  2.871 параметрическая вероятностьудельного импульса тяги равна PI  1  0,00256  0,99744 , что соответствует требованиямуТЗ.В четвертой главе приведены результаты применимости разработанной технологиидля испытаний двигателей на КТ газообразный кислород+газообразный водород и АТ+ММГ.Для подтверждения применимости разработанной технологии помимо своихсобственных результатов, были использованы результаты испытаний других авторов: ГНЦРФ – ФГУП «Исследовательский центр имени М.В.Келдыша» и EADS Astrium.В ГНЦ РФ – ФГУП «Исследовательский центр имени М.В.Келдыша» был разработан иизготовлен экспериментальный образец РДМТ100 с номинальной тягой 100Н нагазообразных компонентах топлива «кислород+водород».С помощью разработанной методики был построен и заполнен план испытанийдвигателя РДМТ100 для формирования регрессионной модели 2-го порядка удельногоимпульса тяги (таблица 7).Таблица 7 – Результаты испытаний двигателя РДМТ100mоmг( I y )ср , сIy , сnNкодг/скодг/с13961+17,1+4397,56398842827,8+442715426339737,81,4396939544+1,439017,13871338552002,738912,45387,51238661002,74387,843716436i15iПродолжение таблицы 7.5711171418789mгmоnNкодг/скодг/с+17,102,7012,45+4012,45-1,4I yi , с( I yi )ср , с423420381383417419421,5382418После статистической обработки испытаний получена регрессионная модель вида:22I у ,[c]  405, 222  9 mo  5,375mo mг  15,167 mо  14,083mг .Относительная ошибка модели равна   maxI уср 0,9% .На рисунке 7 графически представленыРДМТ100 для удельного импульса тяги.результатыиспытанийдвигателяРисунок 7 – Графики поверхности отклика удельного импульса тяги двигателя РДМТ100и удельного импульса тяги в зависимости от расхода окислителя при постоянном расходегорючего – 2,7 г/с: ‫ – ־‬расчетная модель, х – экспериментальные точкиОценка соответствия качества двигателя РДМТ100 проводилась по критерию насоответствие заданному в ТЗ значению удельного импульса тяги и полученного прииспытаниях.

Гарантированные границы работоспособности двигателя, регрессионнаямодель и значения удельного импульса, заданные по ТЗ показаны на рисунке 8. Уравнениерегрессии для двигателя РДМТ100 удельного импульса тяги при постоянном расходегорючего (2,7 г/с) выглядит следующим образом:I у ,[c]  405, 222  9mо  15,167 mо 2 .Для минимального значения удельного импульса тяги по ТЗI  391,899 с ,  i  2 .рсррIТЗmax  I ср390  391.8992 1,366.16IТЗmin  390с,При доверительной вероятности   0.95 , k  1,366 параметрическая вероятностьудельного импульса тяги равна PI у  1  0,004115  0,99588 , что соответствует требованиямТЗ.Рисунок 8 – График для исследования соответствия параметров требованиям ТЗ.

-− гарантированные границы работоспособности двигателя, - − уравнение регрессии припостоянном расходе горючего − 2,7 г/с, х – максимальное и минимальное значенияудельного импульса тяги, указанные в ТЗВ EADS Astrium разработаны, экспериментально отработаны и поставлены для летныхиспытаний двухкомпонентные двигатели (ММГ+N2O4) тягой 10Н S10-18, S10-21 (рисунок 9)для КА AFRISTAR(1998), Stallat (2002), EUROSTAR 2015 (2008), Astra 1N (2011) и др., атакже двигатель тягой 420Н – S400-12, S400-15 (рисунок 9), для КА SYMPHONIE(1975),AMOS 1 (1996), ARTEMIS 2015 (2001), Venus Express(2005), W2A (2009), Yamal 402 (2013),W3D (2013) и др.Рисунок 9 – Общие виды двигателей S10-21 и S400-12.Для двигателя S10 заполнена матрица планирования для построения регрессионноймодели удельного импульса тяги (таблица 8).17Таблица 8 – Результаты испытаний двигателя S10.mоnN123456789168153941321210165711171418mгкодг/скодг/с+2,41+1,42+2,41-1,09-1,86+1,42-1,86-1,0902,135+1,42+2,4101,255-1,8601,25502,135-1,0902,13501,255I yi , с290294274277280284291295298302294296280279285287289288( I yi )ср , с292275,5282293300295279.5286288,5После статистической обработки получаем регрессионную модель вида:2I у ,[c]  291, 222  3, 25mг  6,875mo mг  5,333mo .Относительная ошибка модели равна   maxI уср 0,98% .На рисунке 10 графически представлены результаты испытаний двигателя S10 дляудельного импульса тяги.Рисунок 10 – Графики поверхности отклика удельного импульса тяги двигателя S10 иудельного импульса тяги в зависимости от расхода горючего при постоянном расходеокислителя – 2,135 г/с: ‫ – ־‬расчетная модель, х – экспериментальные точки18Для двигателя S400 заполнена матрица планирования для построения регрессионноймодели удельного импульса тяги (таблица 9).Таблица 9 – Результаты испытаний двигателя S400mоmгIy , с( I y ) ср , сnNкодг/скодг/с13211+82,3+51,4319631783222+82,344,7321,5153213313371,5+51,431293114315471,544,73141331323185076,9+51,431712316103196+82,3048,05318,5163185314771,5048,05313,57313113158076,944,7314,517314143179076,9048,05316,518iiПосле статистической обработки получаем регрессионную модель вида:I у ,[c ]  315,89  3,325mo .Относительная ошибка модели равна   maxI уср 0,89% .На рисунке 11 графически представлены результаты испытаний двигателя S400 дляудельного импульса тяги.Рисунок 11 – Графики поверхности отклика удельного импульса тяги двигателя S400 иудельного импульса тяги в зависимости от расхода окислителя при постоянном расходегорючего – 48,05 г/с: ‫ – ־‬расчетная модель, х – экспериментальные точки19Обобщение результатов испытанийВ таблицах 10 и 11 представлены значения коэффициентов регрессии удельногоимпульса тяги и температуры стенки для разных двигателей.Данный анализ показывает, что разработанная методика применима для испытаний каксобственных образцов РДМТ, так и других авторов.Таблица 10 – Значения коэффициентов регрессии для удельного импульса тягиДвигательbiДМТ-МАИ-200МРДМТ100S10S400b0b1b2b12b11b22122,278405,222291,222315,89-5,83-93,3259,5833,25-1,5-5,3756,875-15,167-5,333--14,083-Таблица 11 – Значения коэффициентов регрессии для температуры стенкиДвигательbiДМТ-МАИ-500ПДМТ-МАИ-200Мb0b1b2b12404,568911,5-25-3095-1916Методика позволяет:1) проводить испытания для большого диапазона тяг: от 10 Н до 500 Н;2) использовать ее при испытаниях как на штатных КТ (АТ+ММГ), так и наперспективных КТ (газообразный кислород+керосин, газообразный кислород+водород,водорода пероксид высококонцентрированный+керосин).Можно сделать вывод, что для различных видов топлив, модели имеют одинаковыйвид.