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

они являются самыминформационно емким, трудным и дорогим видом испытаний.Следуем отметить, что на огневые испытания поставляются двигатели,которые уже прошли вибродинамические, проливочные и электрическиеиспытания.Доводочныеиспытанияпризваныобеспечитьподтверждениеработоспособности образца во всем диапазоне заданных условий и режимовнагружений. Выходные параметры РДМТ должны соответствовать техническойдокументации.В процессе ДИ допускается усовершенствование выбранной конструкции иуточнениетехнологическихотрабатываетсяпроцессовконструкторская,изготовлениятехнологическаяобразцов,иатакжеэксплуатационнаядокументация. Положительные результаты этих испытаний дают право напроведение «чистовых» испытаний, а также на установку и эксплуатацию РДМТ.На этом этапе подтверждается способность РДМТ безотказно функционировать взаданных условиях и при заданных режимах нагружений в течение установленноготехнической документацией времени.Финальный этап автономных испытаний РДМТ называется завершающимидоводочными испытаниями (ЗДИ) – испытания окончательного вариантаконструкции с целью подтверждения соответствия его характеристик требованиямТЗ и возможности представления РДМТ на приемочные испытания.

Обычно наЗДИ проводят ресурсные испытания.Положительные результаты приемочных испытаний дают право допускаРДМТ к установке на штатные изделия.Этап комплексной отработки систем в составе стендовых изделий проводитсядля:15- подтверждения соответствия характеристик КА в целом техническойдокументации;- совместной отработки систем в условиях, близких к реальным, содновременным воспроизведением различных воздействующих факторов;- уточнения режимов и условий работы систем и агрегатов при совместномфункционировании, оценки их взаимного влияния;- проверки работоспособности систем КА при имитации аварийных и другихнештатных ситуаций;- предварительной оценки показателей надежности по результатам стендовыхиспытаний;- проверки отработанности технологии изготовления и определениядостаточности и правильности выбора контрольно-измерительных средств ииспытательного оборудования;- выявления отказов и причин, вызывающих их, проведения мероприятий поих устранению;- определения готовности к летным испытаниям.В общем виде ЭО РДМТ может быть представлена в виде схемына рисунке 1.1.В широком смысле отработка любого сложного технического объекта – одиниз важнейших компонентов обеспечения и контроля заданных уровней егокачества.Качество–совокупностьсвойствпродукции,обуславливающихеепригодность удовлетворять определенным потребностям в соответствии с ееназначением.Для успешного функционирования РДМТ, он должен обладать определеннымуровнем качества [9].

За базовые показатели качества принимают значенияосновных параметров и характеристик, сформулированные в техническом задании(ТЗ) на создание РДМТ, уровень качества лучших современных образцов РДМТ,перспективные технические показатели РДМТ.16АвтономнаяКомплекснаяотработкаотработка РДМТ вЛетные испытаниясоставе КАЗавершающие доводочныеиспытанияДоводочные испытанияУточняющие или сравнительныеиспытанияСтендовые испытаний РДМТРисунок 1.1 – Этапы ЭО РДМТВ ТЗ разработчиком КА на РДМТ задаются следующие характеристики:- тяга;- ресурс;- удельный импульс тяги;- тепловая стойкость конструкции;- расход компонентов топлива (КТ);- суммарный импульс тяги;- энергопотребление;- надежность.Уровень качества характеризуется следующими показателями:1) соответствие назначению;2) надежность;3) безопасность;4) технологичность;175) транспортабельность;6) экономичность;7) эстетичность;8) эргономичность;9) уровень стандартизации и унификации;10) патентная чистота.Этапы автономной и комплексной отработки РДМТ включают в себяпроведениестендовыхиспытанийдвигателей.Структурнаясхематехнологического процесса подготовки и проведения стендовых испытаний РДМТможет быть представлена в виде схемы на рисунке 1.2.Стоимость разработки и последующего производства РДМТ (один изпоказателей уровня качества) во всем мире достаточно высока (цена РДМТ тягой150 Н составляет около 1 млн.

рублей). Самая дорогостоящая часть жизненногоцикла – ЭО.Высокая стоимость испытаний связана с большими расходами КТ (до 0,6 кг/с)и уникальностью испытательного оборудования. В связи с этим возникаюттребованиявысокойинформативностииспытанийирациональногоихпланирования, позволяющие получить возможно более полные данные о двигателев кратчайшее время (это связано с особенностью огневых испытаний РДМТ:кратковременность, повышенная опасность, высокая стоимость).Отсюда, остро стоит вопрос о сокращении времени и стоимости испытаний.Исходя из структурной схемы подготовки и проведения испытаний РДМТ(рисунок 1.2), повышение качества двигателей, за счет сокращения времени ЭО,возможно за счет применения оптимального планирования экспериментов приопределении режимов и количества экспериментов, а также формированиициклограммы и алгоритмов управления испытаниями.

Это объясняется двумялогически связанными критериями:18Рисунок 1.2 – Структурная схема подготовки и проведения испытаний РДМТ.- стоимость лабораторных испытаний РДМТ тягой 200 Н, состоящих из 8пусков, составляет 5 млн. рублей, а стоимость отработки маршевого двигателя14Д30 для разгонного блока Бриз-М составляет 71 млн. рублей, которая включает19в себя 4 запуска по 500 и 1000с с суммарным временем наработкив 3000 с;- невозможно получить такое сокращение (как за счет сокращения количестваэкспериментов) в стоимости за счет других операций, исходя из структурной схемыподготовки и проведения испытаний РДМТ.На сегодняшний момент на предприятиях РКП испытания РДМТ проводятсяпо следующим документам [24,56]:1. комплексная программа экспериментальной отработки (КПЭО);2. программы и методики испытаний (ПМ).Эти документы устанавливаются в соответствии со стандартами.Для определения количества экспериментов при стендовых испытанияхРДМТ, помимо КПЭО и ПМ, разрабатывается технология испытаний, котораявключает различные планы испытаний.Программаиспытаний–организационно-методическийдокумент,обязательный к выполнению, устанавливающий объект и цели испытаний, виды,последовательность и объем проводимых экспериментов, порядок, условия, местои сроки проведения испытаний, обеспечение и отчетность по ним, а такжеответственность за обеспечение и проведение испытаний [24].Методика испытаний – подробное описание практических действий,используемых при проведении испытаний по определенному методу.Метод испытаний – правила применения определенных принципов и средствиспытаний.Под технологией испытаний понимается документ, устанавливающий видыпоследовательность и объем проводимых экспериментов.Различные планы экспериментов и технологии испытаний разработчиковдвигателей имеют как свои преимущества, так и недостатки.

Например, втехнологии «Конструкторского бюро химического машиностроения имени A.M.Исаева» филиала ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева» для испытаний по полному«квадрату» проводится 27 запусков для полного факторного эксперимента (9 точекна плане и 3 повторения в каждой точке). Для построения адекватной модели20второго порядка данное количество избыточно – возможно использование именьшего количество экспериментов: 9 точек и 2 повторения в каждой (двухповторенийвкаждойточкепланадостаточно длярасчетадисперсиивоспроизводимости [46]). В технологии ФКП «НИЦ РКП» [57] используется всего13 запусков для построения адекватной регрессионной модели при испытании пополному «квадрату» (8 точек плана и 5 повторений в номинальном режиме).

Этатехнология имеет несомненное преимущество по количеству запусков, но из-засложности работы РДМТ необходимо повторять запуски в каждой точке плана дляподтверждения работоспособности в них, иначе при расчете дисперсиивоспроизводимости испытаний при проверке на адекватность регрессионноймодели есть вероятность ошибочного определения минимальной и максимальнойдисперсии, что в итоге приведет к неадекватности самой модели.Для сокращения числа опытов и построения регрессионных моделейосновных параметров РДМТ, а соответственно, и более качественного проведенияиспытаний, автором разработана технология проведения экспериментов РДМТ, вкоторой используются рациональные планы.Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что для ДИ и ЗДИопределены параметры и факторы двигателя, а изменения конструкции на ДИ ужене критичны и находятся на уровне доработок конструкции.

А на этапе УИ,особенно это актуально для новых двигателей на экологически безопасных КТ,основные параметры, факторы и конструкция еще не определены, что расширяетдиапазон исследования двигателя. Это, в свою очередь, приводит к удорожаниюотработки на этапе УИ. На этом этапе также необходимо оперативно приниматьрешения об оценке параметров двигателей и изменении конструкции. Для этого вработе будут выбраны основные параметры РДМТ и разработана технологияповышения информативности отработки на этапе УИ.Применение экологически безопасных КТВ ЖРД применяются различные виды топлив (таблица 1.1) [25,26,32,52].На сегодняшний момент актуальным стоит вопрос разработки РДМТ наэкологически безопасных КТ.21Вопросы экологической безопасности и перспективы применения двигателейна экологически безопасных КТ все чаще и чаще заостряются при разработкеновых КА [58].ПодэкологическибезопаснымиКТдляРДМТследуетпониматьмалотоксичные и экологически безопасные жидкие компоненты топлива, а такжегазообразное топливо (ионизированный газ).К экологически безопасным жидким компонентами топлива относятся:1) КТ, которые не оказывают вредного воздействия на организм человека приработе с ними;2) КТ, продукты горения которых не содержат вредных примесей;3) КТ, которые относятся к 3-4 классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76.КеросинВ нашей стране имеется положительный опыт создания и эксплуатацииобъединенной двигательной установки (ОДУ) многоразового транспортногокосмического корабля (МТКК) «Буран».В состав ОДУ входят восемь двигателей 17Д16, разработки ФГУП «НИИМашиностроения»,предназначенныхдляточнойориентацииМТККвпространстве.КТ, заправляемые в баки ОДУ – керосин (горючее) и кислород жидкий(окислитель).ПодачакеросинавдвигателипроизводитсяизбаковГОДУ,газифицированного кислорода, получаемого в газификаторе при сжигании вкислороде небольшой доли горючего, из ресивера (баллона со сжатым газом).КТвоспламеняютсяспомощьюэлектрическойсистемызажиганияиндуктивного типа.Керосин является малоопасным КТ в соответствии с ГОСТ 12.1.007-76 иотносится к 4-му классу опасности (вещества малоопасные).СледуеттакжеотметитьположительныйопытФГУП«НИИМашиностроения» по созданию экспериментального двигателя РДМТ 2600 наэкологически безопасных КТ: спирт и газообразный кислород.22Двигатель планировалось использовать для аэрокосмического самолета(воздушно-космического самолета) на высотах, в условиях когда воздушные рулинеэффективны.В настоящее время работы прекращены из-за отсутствия финансирования.Применение экологически чистых КТ актуально на РБ «ДМ» для ДУстабилизации, ориентации и обеспечения запуска (ДУ СООЗ) маршевогодвигателя, работающего на основных КТ: жидкий кислород+керосин.