Диссертация (Углеводородное горючее на основе керосина с присадками для повышения энергетической эффективности ЖРД), страница 11

На стендеиспользуются такие топливные пары как:газообразный кислород (расход до 75 г/с) + керосин (расход до 140 г/с);перекись водорода (ВПВ, 96%), (расход до 170 г/с) + керосин, (расход до140 г/с);газообразный кислород (расход до 75 г/с) + газообразный метан,(расходдо 15 г/с).Указанные выше компоненты являются экологически чистыми, стабильны ине требуют особых условий хранения, не разлагаются (кроме ВПВ – продуктыразложения кислород и вода).На стенде организована вытеснительная система подачи компонентов.

Вогневомбоксепредусмотренысистемыаварийногопожаротушенияипринудительной приточно-вытяжной вентиляции с возможностью ежеминутнойзамены объема газа в огневом боксе после запуска двигателя.В системе подачи как для горючего, так и для окислителя предусмотреныотдельные магистрали для организации завесного охлаждения камеры сгорания.Современные регуляторы расхода кориолисовые Bronkhorst High-Tech CORIFLOW; и термомассовые Bronkhorst High-Tech IN-FLOW позволяют выдерживатьзаданный расход, несмотря на падение давления в полостях системы наддува, атакже регулировать расход компонентов в темпе эксперимента.66Рисунок 15.

Пульт управления огневым испытательным стендом.Основными особенностями стенда являются:1) Работа на импульсных режимах с фиксированием значения тяги сприменением силоизмерительного устройства (СИУ).СИУ(Рисунокциклическихсил16)предназначеносжатия вдляпреобразованияпропорциональныйэлектрический сигнал визмерительных преобразователях импульсных силтяги,силоизмерительномЖРДпреобразуемыхустройствеамплитудприиспытанияхимпульсныхсилимпульсных0…1800Н.возникающих вМТ.ПитаниеДиапазондатчикаосуществляется напряжением постоянного тока от 5 до 10В.Силоизмерительноеустройствовсовокупностиспрограммно-вычислительным комплексом обеспечивает прямое определение измеряемой силытяги КС в ходе огневых испытаний.67Рисунок 16.

Внешний вид тягоизмерительного устройства.2) Автоматизированная измерительно-информационная система управлениястендом, сбора и обработки данных.Стендовая измерительно-информационная система (ИИС) представляетсобой совокупность средств измерений, объединенных общим алгоритмомфункционированияипредназначенныхдляавтоматическогополученияинформации от двигателя и стендовых систем, ее преобразования для непосредственного восприятия человеком, использования для управления режимами работыдвигателя, а также для передачи, обработки и представления измерительнойинформации в той или иной форме.ИИСстендаразрабатываласьивнедряласьсовместносотделомавтоматизации экспериментов МАИ.

Структурная схема ИИС представлена наРисунке 17.68Рисунок 17. Структурная схема ИИС.Условнореализованныйкомплексможноразделитьнаследующиеподсистемы:1. Измерительнаяподсистема,получающаязначениятемпературповерхности стенки ЖРДМТ, давлений в трубопроводах и КС двигателя, токов инапряжений клапанов, тяги ЖРД, расходов компонентов;2. Подсистема сбора данных, позволяющая собирать результаты измеренийкак аналоговых, так и дискретных величин, поступающих с датчиков;3.

Подсистема управления, осуществляющая испытания в ручном иавтоматическом режимах по заданной циклограмме;4. Подсистема контроля испытаний в реальном времени, отслеживающая всеизмеряемые параметры, отображающая их в удобном для экспериментатора виде(таблицы, графики);5.

Подсистема формирования отчетов о проведенных испытаниях, печати иархивирования протоколов экспериментов.6. Подсистема трансляции испытаний в режиме реального времени.69В аппаратно-программном комплексе применяется следующее программноеобеспечение (Рисунок 18):1.ПО ExperimentAllyser отвечает за связь с контроллером ИИС, являетсяобщим сервером данных и осуществляет передачу управляющих сигналов с ПО вконтроллер;2.ПОOscilAllyserиспользуетсядляпроверкипреобразованныханалоговых сигналов и настройки датчиков;3.ПО Wonderware SCADA-Intouch осуществляет контроль и частичноеуправление испытаниями в удобном графическом интерфейсе;ПО Experiment Manager служит для задания программы испытаний ициклограмм, и отвечает за общее проведение испытаний.Рисунок 18.

Структурная схема программного комплекса.Управление стендом осуществляется в автоматическом режиме черезсистему фирмы Wonderware SCADA InTouch. SCADA (аббр. от англ. SupervisoryControl And Data Acquisition, диспетчерское управление и сбор данных) – системаконтроля и управления процессом с применением ЭВМ. SCADA InTouch программное обеспечение для разработки интерфейса человек-машина (НMI).70HMI позволяет контролировать и управлять всеми объектами и системами,используя графические объекты, и включает: отображениепараметров для управления сигналами; отображениетекущих и исторических трендов; отображениеи регистрацию аварийных сигналов.Исполнительная система InTouch поддерживает базу данных текущихзначений процесса.

Эти значения могут отражать заданные точки контроляустройств, представляющие параметры физического объекта, или точки,представляющие расчетные значения. Значения параметров собираются иобрабатываются нараспределеннуюодном или нескольких компьютерах,структурупрограммногоиспользующихобеспечения.Автоматическивыполняются преобразования инженерных единиц собранных данных и обратныепреобразования инженерных единиц для задания управляющих установок.InTouch предоставляет набор инструментов для графического отображениясостоянияпроцесса.Графические объектымогутбытьанимированысиспользованием таких динамических атрибутов, как цвет, положение, движение,мигание, вращение, заполнение, указатели или процедуры для активациипрограммпользователя.SCADA-системаInTouch позволяеторганизоватьвзаимодействие с другими приложениями.Разработанный HMI-интерфейс для огневого стенда ЖРДМТ представлен наРисунке 19. В интерфейсе представлена схема пневмогидравлической системы сосновными измерительными параметрами:давление в баках компонентов;статическое и динамическое давление в магистрали;массовые расходы компонентов;температуры компонентов в магистрали;токи клапанов двигателя;тяга двигателя;температуры конструкции двигателя.71Программное обеспечение обеспечивает мониторинг основных измеряемыхвеличин по времени во время и после проведения эксперимента с заданныминтервалом опроса.

Интерфейс позволяет запускать нужные циклограммы в ходеодного эксперимента. По окончанию испытания формируется отчет в сжатой и вполной формами с задаваемым шагом по времени.Рисунок 19. Интерфейс программы SCADA-Intouch.3) Система измерения на современных датчиках.В систему измерения входят следующие датчики:1.Расходомеры;- кориолисовые массовые расходомеры (Bronkhorst High-Tech CORIFLOW);- турбинные расходомеры (Hoffer Flow Controls);- термомассовые расходомеры (Bronkhorst High-Tech IN-FLOW);- дифференциальные расходомеры;2.Датчики давления:- тензометрические (ЗАО «ОРЛЭКС», SensysCorp);- пьезоэлектрические (НИИ ФИИ г. Пенза);723.Термометрысопротивлениядляопределениятемпературыкомпонентов и конструкции;4.Датчики тока и напряжения клапанов.Для измерения давления используются два типа датчиков:- высокочастотные (1000 Гц), с ошибкой (0,5%);- низкочастотные (1-10 Гц), с высокой точностью (0,03%).Стенд огневых испытаний ЖРДМТ, работающий с экологически чистымикомпонентами топлива (газообразный кислород, высококонцентрированнаяперекись водорода, керосин, газообразный метан), и оснащенный современнойизмерительно-информационной системой, позволяет на современном уровнепровести научные работы по исследованию влияния полимерных добавок ккеросину на полноту сгорания топлива.3.2.2 Описание конструкции смесительной головкиДля оценки степени влияния добавки полиизобутилена к керосину наполноту сгорания топлива был разработан двигатель ДМТ МАИ-200-7ОК нанесамовоспламеняющихся компонентах газообразный кислород и керосин(Рисунок 20).Двигатель собран по технологии пайки.

Блок из четырех пластин– горючего,окислителя, верхней распределительной пластины и крышки помещается вкорпус-фланец, где места соединения свариваются аргонодуговой сваркой. Вголовке имеется шесть двухкомпонентных центробежных форсунок с внутреннейступенью горючего и внешней открытой ступенью окислителя (Рисунок 21).Компоненты поступают в форсунки по фрезерованным тангенциальным каналамв пластинах О и Г. Для воспламенения смеси предусмотрена форкамера (8) вцентральнойчастисмесительнойголовки,куда,аналогично форсункам,тангенциально подаются окислитель и горючее.

Зажигание происходит за счетэлектрического разряда в свече, расположенной в открытой части форкамеры.Расход горючего в центральную часть для воспламенения регулируется съемной73втулкой с заданными диаметрами входных отверстий. Свеча работает отэлектрического высоковольтного разрядника с частотой 200 Гц и напряжением100 кВ.Особенностьюконструкцииданнойсмесительнойголовкиявляетсяотдельный штуцер подачи компонента для завесного охлаждения камерысгорания. Это дает возможность не только регулировать расход в завесу внезависимости от расходов в центральную часть, но и использовать любойкомпонент в качестве охладителя внутренней стенки КС.Рисунок 20.

Вид модели смесительной головки. 1 – штуцер подводаокислителя; 2 – крышка головки; 3 – распределительная пластина; 4 –пластина горючего; 5 – штуцер подвода горючего; 6 – свеча зажигания; 7 –штуцер подвода компонента в завесу; 8 – форкамера; 9 – пластинаокислителя; 10 – корпус-фланец.74Рисунок 21.

Внешний вид смесительной головки.Через коллектора в распределительной пластине горючее и окислительпоступают в подводящие полости соответствующих пластин (Рисунок 22). Такимобразом с помощью шести отдельных отверстий в распределительной пластинеосуществляется подвод компонентов непосредственно к каждой форсунке,обеспечивая тем самым равномерное распределение компонентов.Также для равномерного распределения компонента, подаваемого в завесу, впластине О имеются пазы, выполненные таким образом, чтоб при выходекомпонента из коллектора завесы он равномерно распределялся по всемудиаметру смесительной головки (Рисунок 23).Рисунок 22. Пластина распределительная.75Рисунок 23. Пластина окислителя.Смесительнаяголовкасоединяетсяскамеройсгораниячерезуплотнительное кольцо.

Для равномерной затяжки болтов по фланцу иобеспечения герметичности стыка камеры сгорания и смесительной головкииспользуется динамометрический ключ. Во время опрессовки двигателя штуцераподвода компонентов заглушаются, также перекрывается камера сгорания состороны среза сопла с помощью глухого резинового уплотнения, притягиваемогошпильками к фланцу. Наддув производится через штуцер для замера давления вКС. При опрессовке проверяется уплотнение в месте соединения камеры сосмесительной головкой и в месте установки свечи зажигания. Внешний видкамеры сгорания и сборка двигателя представлены на Рисунках 24 и 25соответственно.76Рисунок 24. Внешний вид камеры сгорания.Рисунок 25. Сборка двигателя.3.2.3 Результаты огневых экспериментов и теоретических расчетовОгневые эксперименты проводились на камере сгорания с подрезаннойсопловой частью.