БАЛЛИСТИЧЕСКИЙ МАЯТНИК ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к средствам обучения и может быть использована в учебном процессе для демонстрации влияния коэффициента избытка окислителя на удельную тягу двигателя.
Известен жидкостной ракетный двигатель, содержащий камеру сгорания, насос окислителя, насос горючего, турбину, бак с окислителем, бак с горючим, отсечной клапан окислителя, отсечной клапан горючего, жидкостной газогенератор (Под редакцией проф. В.М. Кудрявцева Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Высшая школа Москва, 1983. - 11 с.).
Известен баллистический маятник, содержащий массивную платформу, к которой прикреплен испытуемый двигатель, тонкие тросы и закрепленную в подшипниках горизонтальную ось, относительно которой маятник может свободно вращаться, дорожку, металлический штифт, прикрепленный к платформе (Б.В. Орлов, Г.Ю. Мазинг Термодинамические и баллистические основы проектирования ракетных двигателей на твердом топливе. Машиностроение Москва, 1964. - 346 с.).
Наиболее близким по технической сущности решением является баллистический маятник для демонстрации режимов работы жидкостного ракетного двигателя, содержащий платформу, к которой прикреплен испытуемый двигатель, тонкие тросы и закрепленную в подшипниках горизонтальную ось, относительно которой маятник укреплен с возможностью свободного вращения, критическая часть сопла испытуемого двигателя выполнена съемной, испытуемый двигатель выполнен разборным и состоит из форсуночной головки, камеры сгорания, реактивного сопла с рубашками охлаждения, подвешен на кронштейне под углом 60° к горизонту, кронштейн закреплен на платформе с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, укрепленной в подшипниках, вес двигателя уравновешивается грузами, которые с помощью троса, перекинутого через блок, связаны с кронштейном, и снабжен системой горючего, системой окислителя, системой охлаждения, системой зажигания, системой измерения, причем система горючего включает бак со спиртом, соединенный с восемью центробежными форсунками в форсуночной головке последовательно через фильтр, мерную шайбу горючего, отсечной клапан горючего; система окислителя включает баллонную батарею с кислородом, соединенную с многоканальной струйной форсункой в форсуночной головке последовательно через редуктор, мерную шайбу окислителя, отсечной клапан окислителя; система охлаждения включает бак с водой, соединенный с рубашками охлаждения соответственно форсуночной головки, камеры сгорания, реактивного сопла последовательно через запорный вентиль, фильтр, блок насосов; система зажигания, включает свечу зажигания, расположенную на головке камеры сгорания, соединенную через кнопку пуск с катушкой зажигания; система измерения включает датчик тяги, установленный под кронштейном, и датчик давления, установленный в камере сгорания.(Патент РФ на полезную модель №183978, 2018 года).
Недостатком прототипа является невозможность исследования влияния коэффициента избытка окислителя на удельную тягу двигателя.
Задачей полезной модели является получение возможности экспериментального исследования зависимости удельной тяги двигателя от соотношения компонентов или коэффициента избытка окислителя при постоянном расходе.
Техническим результатом является возможность экспериментального исследования влияния коэффициента избытка окислителя на удельную тягу двигателя.
Сущность полезной модели заключается в том, что в баллистический маятник для демонстрации режимов работы жидкостного ракетного двигателя, содержащий платформу, к которой прикреплен испытуемый двигатель, снабженный системой горючего, системой окислителя, системой охлаждения, системой зажигания, системой измерения, мерные шайбы системы горючего и системы окислителя снабжены ртутными дифференциальными манометрами, а в магистрали системы окислителя между редуктором и мерной шайбой установлены манометр и прибор, регистрирующий температуру.
Новизна заключаются в том, что мерные шайбы системы горючего и системы окислителя снабжены ртутными дифференциальными манометрами, а в магистрали системы окислителя между редуктором и мерной шайбой установлены манометр и прибор, регистрирующий температуру.
Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области и смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявленном устройстве.
На Фиг. 1 изображен общий вид устройства.
На Фиг. 2 изображен график зависимости удельной тяги двигателя от коэффициента избытка окислителя.
Испытуемый двигатель 1, прикрепленный к платформе (на фигуре не обозначена) и соединенный с системой зажигания 2, системой измерения 3, системой охлаждения 4, системой горючего 5 и системой окислителя 6. Кроме того, в магистрали, соединяющей систему горючего с исследуемым двигателем 1, установлена мерная шайба системы горючего 7, снабженная ртутным дифференциальным манометром 8. А в магистрали системы окислителя установлена мерная шайба системы окислителя 9, снабженная ртутным дифференциальным манометром 10, и редуктор 11. Помимо этого, в магистрали системы окислителя между редуктором 11 и мерной шайбой системы окислителя 9 установлены манометр 12 и прибор 13, регистрирующий температуру, например, термопара.
Устройство работает следующим образом.
Испытания двигателя 1 проводятся при постоянном значении суммарного расхода компонентов на 4-5 режимах, отличающихся значениями коэффициента избытка окислителя. При каждом запуске после выхода на режим (3-5сек. после запуска) записываются показания следующих приборов: датчика тяги (на фигуре не обозначен), измеряющего удельную тягу, ртутного дифференциального манометра 10, измеряющего перепад давления на мерной шайбе системы окислителя 9, ртутного дифференциального манометра 8, измеряющего перепад давления на мерной шайбе системы горючего 7, манометра 12, замеряющего давление окислителя перед мерной шайбой системы окислителя 9, прибора 13, регистрирующего температуру окислителя перед мерной шайбой системы окислителя 9.
Используя показания ртутных дифференциальных манометров 8 и 10, манометра 12 и прибора 13 и применяя известные математические зависимости, строят график зависимости удельной тяги двигателя  от коэффициента избытка окислителя α. Из графика, приведенного на Фиг. 2, видно, что до определенного значения коэффициента избытка окислителя а значение удельной тяги двигателя  возрастает, а после достижения максимума начинает уменьшаться.
Предлагаемый маятник существенно расширяет наглядные возможности при изучении процессов, протекающих внутри жидкостных ракетных двигателей, обеспечивает наглядность и возможность наблюдать и экспериментально исследовать влияние коэффициента избытка окислителя на удельную тягу двигателя.