СПОСОБ СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УЗЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ ПИРОТЕХНИЧЕСКИЕ И/ИЛИ ПОРОХОВЫЕ СОСТАВЫ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD FOR BENCHMARK TESTING OF POWER UNITS COMPRISING PYROTECHNICAL AND/OR POWDER COMPOSITIONS, AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к области испытаний вооружения, а конкретно к способам и устройствам стендовых испытаний энергетических узлов, содержащих пиротехнические и/или пороховые составы, твердые ракетные топлива, преимущественно ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ), пороховых аккумуляторов давления (ПАД), метательных зарядов (МЗ), вышибных зарядов (ВЗ), пиротехнических и пороховых механизмов разделения (МР) и т.д.
Известна стендовая установка для огневых испытаний РДТТ (В.Д.Куров, Ю.М.Должанский. Основы проектирования пороховых ракетных снарядов, Оборонгиз, 1961 г., с.277…278, Фиг.7.1). Данная установка включает испытуемый двигатель, трубопровод, подводящий газ от камеры сгорания двигателя к датчику давления, который электрическими кабелями через согласующую приставку соединен с регистрирующим осциллографом. В данном устройстве реализован способ испытаний РДТТ, включающий прожиг двигателя и регистрацию внутрибаллистического давления в камере сгорания двигателя через газодинамическую связь камеры сгорания с датчиком давления. Наличие в данной установке достаточно длинного трубопровода, подводящего газ из камеры сгорания к датчику давления, искажает истинное внутрибаллистическое давление, особенно при нестационарном процессе выхода двигателя на режим. Т.е. регистрация давления в вышерассмотренной установке осуществляется с искажением и не позволяет достоверно судить о результатах проведенного эксперимента.
Известны также способ испытаний РДТТ и стенд, реализующий его (Патент РФ №2133457 от 20.07.1999 г., МКИ G01M 15/00, F02K 9/96). Способ испытаний включает закрепление ракетного двигателя на стенде, его включение, измерение параметров двигателя и последующую оценку его работоспособности. Стенд, реализующий способ, включает элементы крепления двигателя, нагрузочное устройство в виде мерного груза, который связан с двигателем и удерживается разгрузочным устройством принудительно разрушаемой после включения двигателя связью и систему измерения внутрибаллистического давления и поперечного прогиба корпуса двигателя. В отличие от ранее рассмотренной стендовой установки в данном стенде датчик давления установлен непосредственно на камере сгорания двигателя, что исключает влияние трубопровода при регистрации внутрибаллистического давления.
Однако известные способы испытаний и стенды, их реализующие, которые рассмотрены выше, не обеспечивают приемлемого приближения условий испытаний к натурным, что может искажать внутрикамерные процессы в испытуемых изделиях и снижает достоверность полученных в ходе испытаний результатов.
Поясним это следующим. Известно, что образцы вооружения эксплуатируются в широком температурном диапазоне как при значительных значениях положительных, так и отрицательных температур. Поэтому все узлы и элементы образца вооружения проходят стендовые испытания при крайних значениях температурного диапазона эксплуатации. Для этого испытуемый энергетический узел перед прожитом помещается в камеру тепла или холода и после соответствующей в ней выдержки извлекается из камеры и переносится в бокс для огневых испытаний. Далее с камеры сгорания энергетического узла снимается технологическая, герметично установленная заглушка и открывается гнездо для установки датчика давления и газодинамической связи с ним. При этом в процессе снятия технологической заглушки и установки датчика давления разгерметизированная полость камеры сгорания сообщается с окружающей средой бокса для огневых испытаний, температура воздуха в котором существенно отличается от температуры испытуемого узла. Если испытуемый узел термостатируется при крайней положительной температуре диапазона эксплуатации, то в герметичной камере сгорания в процессе прогрева испытуемого узла давление воздуха будет повышаться и при снятии технологической заглушки стравливаться из камеры сгорания, что отсутствует в натурных условиях. Если же испытуемый узел термостатировался при крайнем значении отрицательной температуры диапазона эксплуатации, то в герметичной камере сгорания испытуемого узла в процессе охлаждения давление воздуха будет понижаться и при снятии с камеры сгорания технологической заглушки более теплый воздух бокса для огневых испытаний будет всасываться в камеру сгорания. При соприкосновении воздуха с более холодными стенками камеры, поверхностью топливного (порохового) заряда, воспламенителя и инициатора (электровоспламенителя, капсюля) будет образовываться на них конденсат. Наличие конденсата будет искажать внутрибаллистические характеристики (давление, температуру) в камере сгорания в процессе срабатывания инициатора с воспламенителем и воспламенения топливного (порохового) заряда. Это может привести к затяжному выходу двигателя на режим или даже к незапуску энергетического узла. Таким образом, при снятии с камеры сгорания технологической герметичной заглушки для установки вместо нее датчика давления во внутренней полости камеры сгорания перед запуском энергетического узла в стендовых условиях происходит изменение начальных условий по сравнению с натурными, что искажает результат эксперимента. Т.е. в ходе стендовых испытаний, по сравнению с натурными испытаниями, будут получены искаженные, недостоверные результаты, которые приведут к неправильному выводу о работоспособности энергетического узла и тем самым снизят качество и усложнят стендовую отработку.
Установка датчика давления на камеру сгорания испытуемого узла заранее, перед закладкой в камеру тепла (холода), не всегда возможна, т.к. температурный диапазон применения датчика давления может быть существенно ýже температурного диапазона эксплуатации образца вооружения. Кроме того, на холодных электрических контактах разъема датчика давления, извлеченного совместно с испытуемым узлом из камеры холода из-за перепада температур при взаимодействии с более теплым воздухом бокса для огневых испытаний (или стрельбовой трассы), будет также образовываться конденсат, который может привести к закоротке электрических контактов, что исказит электрический сигнал с датчика и приведет к потере информации. И кроме того, при проведении испытаний нескольких энергетических узлов для уменьшения погрешности измерения давления желательно измерения давления проводить с использованием одного датчика, а следовательно, необходима будет его переустановка на каждый испытуемый узел непосредственно перед прожигом.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение качества и достоверности стендовых испытаний энергетических узлов за счет приближения условий испытаний к натурным.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе стендовых испытаний энергетических узлов, содержащих пиротехнические и/или пороховые составы, включающем установку датчика давления на камеру сгорания энергетического узла, запуск и прожиг энергетического узла и регистрацию в процессе прожига внутрибаллистического давления через газодинамическую связь между камерой сгорания и датчиком давления, установку датчика давления осуществляют на герметичную камеру сгорания, а газодинамическую связь камеры сгорания с датчиком давления осуществляют после установки датчика давления до или в процессе запуска энергетического узла. Реализация способа стендовых испытаний осуществляется в устройстве, включающем испытуемый энергетический узел с камерой сгорания, в которой выполнено гнездо с газодинамическим каналом для сообщения с датчиком давления, связанным с измерительно регистрирующей аппаратурой, в котором в газодинамическом канале установлена принудительно открываемая или разрушаемая герметичная перегородка.
Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами. На Фиг.1 схематично показано устройство, реализующее способ стендовых испытаний энергетического узла - ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ). На Фиг.2, Фиг.3, Фиг.4, Фиг.5 схематично показаны в увеличенном масштабе различные варианты конструктивного исполнения установки (закрепления) датчика давления на камере сгорания энергетического узла.
Устройство, показанное на Фиг.1, включает испытуемый энергетический узел (РДТТ) с камерой сгорания 1, в которой выполнено гнездо 2 с газодинамическим каналом 3 для сообщения с датчиком давления 4. Датчик давления 4 электрически связан через согласующее усилительное устройство 5 (например тензостанцию), аналого-цифровой преобразователь 6 с регистратором 7 (например персональным компьютером). В газодинамическом канале 3 установлена принудительно открываемая герметичная перегородка, которая может быть выполнена в виде винта 8 (Фиг.2) с конической игольчатой поверхностью 9, контактирующей с конической притертой поверхностью 10 переходника 11 и при этом перекрывающей канал 3 при заворачивании винта 8 (на Фиг.2 показано открытое положение винта 8, при котором обеспечивается газодинамическая связь камеры сгорания 1 с датчиком 4). Резиновые кольца 12 обеспечивают уплотнение от прорыва газа из канала 3 в направлении резьбы винта 8. Кольца 13 и 14 обеспечивают уплотнение и герметизацию датчика 4 на переходнике 11 и переходника 11 на камере сгорания 1 соответственно. Принудительно открываемая герметичная перегородка может быть выполнена также в виде клапана 15 (Фиг.3), поджатого пружиной 16 к седлу 17. При этом усилие пружины 16 рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить удержание клапана 15 на седле 17 при повышении давления в камере сгорания в процессе термостатирования на крайней положительной температуре и открытие клапана 15 при дальнейшем незначительном повышении давления в камере сгорания от срабатывания инициатора с воспламенителем в процессе запуска энергетического узла. Вместо пружины 16 клапан 15 на седле 17 может удерживаться разрушаемым элементом, например клеем-герметиком, нанесенным на сопрягаемые поверхности клапана 15 и седла 17. Требования к прочности клеевого соединения при этом аналогичны требованиям к пружине 16. Герметичная перегородка, перекрывающая канал 3, может быть выполнена разрушаемой, например, в виде приклеенного кружка 18 (Фиг.4, Фиг.5) из нитропленки (пленка на основе нитроцеллюлозы), фольги, липкой ленты (скотч) и т.д, разрушаемого термогазодинамическим воздействием от срабатывания инициатора с воспламенителем при запуске энергетического узла. При этом конструктивно датчик давления 4 может быть закреплен на камере сгорания 1 через переходник 11 (Фиг.4), либо непосредственно на корпусе камеры сгорания 1 (Фиг.5). Стапель, на котором закреплен испытуемый энергетический узел, обозначен позицией 19.
Реализацию способа испытаний поясним описанием работы устройства. После извлечения испытуемого энергетического узла из камеры тепла (холода) его доставляют в бокс для огневых испытаний и устанавливают на стапеле 19. При этом на камере сгорания 1 заведомо (до закладки энергетического узла в термокамеру) установлен переходник 11, винт 8 в котором завернут и коническая игольчатая поверхность 9 прижата к поверхности 10, перекрывая канал 3 и тем самым обеспечивая герметичность камеры сгорания 1. Далее на переходник 11 устанавливают датчик 4 (до этого вместо датчика 4 может стоять технологическая заглушка). В процессе установки датчика 4 камера сгорания 1 остается герметичной относительно гнезда под датчик 4, а следовательно, отсутствует сообщение с воздухом бокса. Датчик 4 электрически соединяют с измерительно-регистрирующей аппаратурой (поз.5, 6, 7). Затем винт 8 приоткрывают (отворачивают не до конца), что приводит к образованию зазора между коническими поверхностями 9 и 10, и тем самым обеспечивают через канал 3 и образовавшийся зазор газодинамическую связь камеры сгорания 1 с датчиком 4. Т.е. установку датчика 4 производят на герметичную камеру сгорания 1 без сообщения внутренней полости камеры сгорания воздушным пространством бокса для огневых испытаний, а газодинамическую связь камеры сгорания 1 с датчиком 4 осуществляют после его установки. После этого осуществляют запуск и прожиг (срабатывание) энергетического узла и обеспечивают регистрацию внутрибаллистического давления в камере сгорания в условиях, максимально приближенных к натурным.
В случае выполнения принудительно открываемой герметичной перегородки в соответствии с Фиг.3 работа устройства происходит аналогичным образом и отличается только тем, что газодинамическую связь камеры сгорания 1 с датчиком 4 осуществляют в процессе запуска энергетического узла (незначительное повышение давления в камере сгорания 1 от срабатывания инициатора с воспламенителем приводит к преодолению усилия пружины 16 и отжатию клапана 15 от седла 17).
При выполнении перегородки, принудительно разрушаемой в соответствии с Фиг.4 и Фиг.5, газодинамическую связь камеры сгорания 1 с датчиком 4 осуществляют в процессе запуска энергетического узла путем разрушения кружка 18 при термогазодинамическом воздействии на него продуктов сгорания инициатора с воспламенителем.
Т.о. предложенные способ стендовых испытаний энергетических узлов и устройство, его реализующее, позволяют повысить качество и достоверность получаемых результатов испытаний за счет приближения условий испытаний к натурным.
Источники информации
1. В.Д.Куров, Ю.М.Должанский. Основы проектирования пороховых снарядов, Оборонгиз, 1961 г., с.277…278, Фиг.7.1.
2. Патент РФ №2133457 от 20.07.1999 г., МКИ G01M 15/00, F02K 9/96 (прототип).