Устройство с кормовым диффузором для высотных испытаний ракетных двигателей малой тяги
DEVICE WITH AN AFTER DIFFUSER FOR ALTITUDE TESTS OF THRUSTS

Настоящее изобретение относится к области испытаний ракетных двигателей малой тяги с имитацией высотных условий.
При создании ракетных двигателей малой тяги, используемых в качестве исполнительных органов систем управления объектов ракетно-космической техники, предусмотрено проведение огневых испытаний на специализированных стендах с целью определения основных параметров двигателя (давления в камере сгорания, расходов компонентов топлива, тяги, удельного импульса тяги и других), а также параметров среды, имитирующей эксплуатационные условия. Как правило, при таких испытаниях продукты сгорания истекают в вакуумную камеру, что приводит к повышению давления в ней, и через короткое время нарушается режим безотрывного течения продуктов сгорания в сопле, что приводит к входу скачка уплотнения в сопло и недостоверному измерению тяги двигателя. Для решения этой проблемы можно использовать кормовые диффузоры (Исследование ракетных двигателей на жидком топливе. Перевод с английского. Под редакцией д.т.н. В.А. Ильинского. Издательство «МИР». Москва 1964 г., стр. 14, 37,44, 60, 73, 75, 78, 80, 82).
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является стенд с дополнительной емкостью на выходе из диффузора (А.А. Шишков, Б.М. Силин. Высотные испытания реактивных двигателей. Москва, Машиностроение, 1985, стр. 20, рис. 1.9, d).
а
h
Недостатком этого технического решения при испытаниях ракетных двигателей малой тяги является то, что продукты сгорания в процессе работы двигателя поступают в дополнительную емкость, повышая в ней давление и при достижении давления, равного давлению окружающей среды, отбрасываемая заглушка срабатывает, и с этого момента давление в дополнительной емкости обеспечивается равным атмосферному. При этом давление на срезе сопла в этой схеме стенда не может быть ниже р<0,4p (сопла ракетных двигателей первых ступеней ракет-носителей).
Поскольку двигатели малой тяги имеют геометрическую степень расширения сопла Fa>45…50, то рассмотренная схема стенда является неприемлемой. Кроме этого, в случае реализации этой схемы продукты сгорания ракетного топлива поступают в окружающую среду, создавая экологические проблемы в зоне расположения стенда.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства с кормовым диффузором для обеспечения безотрывного течения продуктов сгорания в сопле ракетного двигателя при высотных испытаниях ракетных двигателей малой тяги, в том числе, с повышенной геометрической степенью расширения сопла.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность определения основных параметров ракетного двигателя малой тяги (давления в камере сгорания, расходов компонентов топлива, тяги, удельного импульса тяги, и других), а также параметров среды, в которой проводятся испытания.
Данная задача решается за счет того, что заявляемое устройство для высотных испытаний ракетных двигателей малой тяги, состоящее из вакуумной камеры с кормовым диффузором и вакуумных задвижек дополнительно содержит еще одну вакуумную камеру, которая соединена газодинамически с кормовым диффузором через первую вакуумную задвижку, разделяющую первую и вторую вакуумные камеры, при этом вторая вакуумная камера соединена с системой вакуумных насосов через вторую вакуумную задвижку, причем вторая вакуумная камера установлена с возможностью поддержания в ней давления разрежения.
Кроме того, расположение выходного сечения сопла двигателя и входного сечения кормового диффузора обеспечено в пределах установочных размеров: отношение диаметров кормового диффузора и сопла dкд/dс<1,05…1,5, осевой зазор между срезом сопла и входным сечением кормового диффузора находится в пределах диапазона 0≤h≤6 мм, угол наклона плоскости среза сопла и кормового диффузора α≤5°.
h
h
Кроме того, во второй вакуумной камере расположены криопанели, количество которых обусловлено условием обеспечения давления бессрывной работы кормового диффузора р≈0,2 p, где p - давление окружающей среды, с учетом производительности вакуумных насосов и длительности испытаний.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично представлено устройство с кормовым диффузором для высотных испытаний ракетных двигателей малой тяги. На чертеже изображены: ракетный двигатель малой тяги 1, вакуумная камера 2, кормовой диффузор 3, вакуумная задвижка 4, вакуумная камера 5, вакуумная задвижка 6.
Работает устройство следующим образом.
В процессе испытаний продукты сгорания из сопла двигателя 1, расположенного в вакуумной камере 2, через кормовой диффузор 3, при открытой вакуумной задвижке 4 поступают в вакуумную камеру 5, где взаимодействуют с криопанелями, обеспечивая давление для бессрывной работы диффузора, далее через вакуумную задвижку 6 продукты сгорания поступают в вакуумные насосы (не показанные на чертеже), при этом кормовой диффузор 3 герметично соединен с вакуумной задвижкой 4, выполняя газодинамическое разъединение вакуумных камер 2 и 5 в процессе работы ракетного двигателя, создавая в вакуумной камере 2 условия для безотрывного течения продуктов сгорания в сопле двигателя 1.