СТЕНДОВАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ СОПЛОВЫХ ЗАГЛУШЕК
TEST BENCH FOR NOZZLE COVERS

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при разработке конструкций стендов для наземной отработки герметизирующих сопловых заглушек (СЗ) и других элементов ракетных двигателей, работающих в динамическом режиме нагружения пневматическим давлением.
Известна установка для испытания герметизирующих сопловых заглушек (см. книгу И.М.Гладков, B.C.Мухамедов и др. Экспериментальные методы определения параметров двигателей специального назначения. Москва, 1993, стр.87, рис.38). Она имеет емкость, имитирующую предсопловой объем. На емкости смонтировано приспособление для установки испытуемой СЗ. Емкость соединена с камерой сгорания, в которой размещена пороховая навеска, воспламеняемая от пиропатрона. Давление в емкости измеряется датчиком. Недостатком этой установки является ее громоздкость, требуется большой секундный расход газа, наличие пиропатрона, наличие ракетного топлива. Поэтому испытания на данной установке сложны и требуют больших материальных затрат. При этом в связи с кратковременностью процесса влияние температуры и состава рабочей среды на давление вскрытия СЗ пренебрежимо мало. Учитывая, что в момент запуска двигателя холодный воздух из камеры сгорания вытесняется продуктами сгорания в сторону сопловой заглушки и она разрушается в основном от воздействия холодного газа, предложено агрегатные испытания сопловой заглушки проводить нагружением сжатым воздухом.
Указанное решение реализовано в установке для испытания СЗ на сжатом воздухе (см. ту же книгу, стр.88, рис.39), оно и было взято за прототип.
Данная стендовая установка для испытаний сопловой заглушки на сжатом воздухе содержит ресивер, электропневмоклапан, газовод с фланцем, регулируемую линзу, выполняющую роль сменного дроссельного сопла, имитатор сопла для крепления испытываемой заглушки, датчики измерения давления.
В ресивер установки подается воздух под высоким давлением. При достижении заданного уровня давления открывается электропневмоклапан и воздух через регулируемую линзу поступает в полость переходника, на котором установлен имитатор сопла с испытуемой сопловой заглушкой. Величина скорости нарастания давления обеспечивается площадью проходного сечения линзы и величиной давления воздуха в ресивере. При достижении давления вскрытия СЗ происходит нарушение ее целостности. Эта установка предназначена для испытаний заглушек небольшого размера. Недостатком этой установки является то, что на ней даже при увеличении ее размеров невозможно проводить динамические испытания с большой скоростью нарастания давления. Для проведения испытаний требуется крупногабаритный быстродействующий электропневмоклапан, но крупногабаритный быстродействующий электропневмоклапан обладает большой инерцией, что не дает возможности создать требуемую скорость нарастания давления в полости сопловой заглушки. Кроме этого необходим большой расход воздуха, что увеличивает эксплуатационные затраты на проведение испытаний.
Целью настоящего изобретения являются расширение возможностей установки по обеспечению испытаний заглушек крупногабаритных сопел без увеличения размеров установки и снижение эксплуатационных затрат.
Поставленная цель достигается тем, что в стендовой установке для испытаний сопловых заглушек сжатым воздухом, содержащей ресивер, электропнемоклапан, газовод с фланцем, имитатор сопла для крепления испытываемой сопловой заглушки, сменное дроссельное сопло, датчики измерения давления, с внешней стороны фланца газовода соосно его оси выполнена цилиндрическая проточка с установленной и зафиксированной в ней втулкой, имеющей поднутрение в виде сферического сегмента, диаметр основания которого больше диаметра минимального сечения сменного дроссельного сопла, и сквозные лучевые каналы, выходящие в полость, образованную имитатором сопла, поджатым к фланцу газовода, испытываемой заглушкой и фланцем, при этом сменное дроссельное сопло установлено в дополнительной проточке фланца газовода по его оси, а площадь проходного сечения каждого лучевого канала увеличивается по сравнению с предыдущим от центра к периферии и ось каждого лучевого канала проходит через центр сферической поверхности поднутрения.
На фиг.1 показана стендовая установка для испытания сопловых заглушек.
На фиг.2 показана втулка, имеющая сквозные лучевые каналы.
Стендовая установка для испытаний сопловых заглушек на сжатом воздухе содержит ресивер (1), электропневмоклапан (2), газовод (3) с фланцем (4), имитатор сопла (5) для крепления испытываемой сопловой заглушки (9), сменное дроссельное сопло (6), датчики измерения давления (7). С внешней стороны фланца (4) газовода (3) соосно его оси выполнена цилиндрическая проточка с установленной и зафиксированной в ней втулкой (8), имеющей поднутрение (12) в виде сферического сегмента, диаметр основания которого больше диаметра минимального сечения сменного дроссельного сопла (6), и сквозные лучевые каналы (13), выходящие в полость, образованную имитатором сопла (5), поджатым к фланцу газовода, испытываемой заглушкой (9) и фланцем (4), при этом сменное дроссельное сопло (6) установлено в дополнительной проточке фланца газовода по его оси, а площадь проходного сечения каждого лучевого канала (13) увеличивается по сравнению с предыдущим от центра к периферии и ось каждого лучевого канала проходит через центр сферической поверхности поднутрения (12).
Имитатор сопла (5) для крепления испытываемой сопловой заглушки (9) имеет такой же внутренний профиль и материал изготовления, как натурное сопло. К нему крепится испытываемая заглушка (9), например, с помощью клея. Имитатор сопла (5) поджат между фланцем (4) газовода (3) и пластиной (10) с помощью болтов (11) таким образом, чтобы не было помех для разрушения заглушки (9).
Втулка (8) имеет поднутрение в виде сферического сегмента (12), диаметр основания которого больше диаметра минимального сечения дроссельного сопла, это приводит к созданию сверхзвуковой скорости газового потока и обеспечивает более равномерное распределение газового потока в сквозные лучевые каналы (13), ось каждого лучевого канала проходит через центр сферической поверхности поднутрения. Сквозные лучевые каналы (13) предназначены для равномерного распределения газового потока в полости перед заглушкой, имитируя тем самым натурное нагружение. Площадь проходного сечения каждого лучевого канала увеличивается по сравнению с предыдущим от центра к периферии для выравнивания скорости газового потока. На фиг.2 изображена втулка, видно, что лучевые каналы имеют разную форму. Центральные каналы выполнены отверстиями меньшего размера.
Принцип работы стендовой установки.
В ресивер (1) установки закачивается сжатый воздух под высоким давлением. Достигаемое давление контролируется датчиком (7), установленным перед электропневмоклапаном (2). После достижения заданного давления открывается электропневмоклапан (2) и воздух, проходя через сменное дроссельное сопло (6), установленное в дополнительной проточке во фланце (4) газовода (3), поступает через втулку (8) и лучевые каналы в полость перед испытываемой заглушкой (9).
При этом газовый поток, достигая центра втулки, больше распределяется в отверстия большего размера, тем самым создается выравнивание давления по сечению газового потока в полости имитатора сопла и происходит равномерное нагружение заглушки (9) давлением воздуха.
Скорость нарастания давления в полости перед заглушкой (9) зависит от величины давления в ресивере (1), площади дроссельного сопла (6), площади и формы лучевых каналов (13), объема полости имитатора сопла перед испытываемой заглушкой, а также зависит от газодинамических потерь проточного тракта. Группа датчиков (7), стоящих в полости перед заглушкой (9), информирует о скорости нарастания давления и о величине давлении вскрытия. Комбинированием указанными параметрами достигается требуемый градиент нарастания давления в полости имитатора сопла перед заглушкой (9).
При достижении давления вскрытия заглушки происходит нарушение ее целостности, давление в полости имитатора сопла перед заглушкой падает. По величине давления в момент перед его падением судят о вскрытии (разрушении) заглушки.
Таким образом обеспечивается проведение испытаний крупногабаритных сопел без увеличения размеров установки. При этом обеспечивается снижение эксплуатационных затрат, так как уменьшается необходимый расход воздуха для испытаний за счет уменьшения габаритов установки, в том числе свободного объема полости перед заглушкой.
Положительный эффект от использования стенда по сравнению с прототипом заключается в расширении возможностей установки по обеспечению испытаний крупногабаритных сопел без увеличения размеров установки и снижении эксплуатационных затрат.