Методика экспериментальной отработки диафрагмы-разделителя топливного бака жидкостных ракетных двигателей малой тяги при циклических температурных воздействиях

Ракетно-космические двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования летательных аппаратов

сти. Для решения текущих проблем, а также проблем проведения тепловакуумных испытаний ближайшего будущего необходимо введение в эксплуатацию контрольно-измерительного комплекса, включающего в себя как современные измерительные устройства, так и аппаратно-программный вычислительный комплекс, позволяющий централизованно собирать, обрабатывать и представлять информацию по испытаниям и управлять ею в соответствии с современными требованиями эргономики и качества. Во время разработки данной системы также преследовалась цель сделать комплекс масштабируемым, что позволило бы повысить мобильность, а также повысить такие показатели надежности, как безотказность, ремонтопригодность и сохраняемость.

В результате проведенных работ была создана автоматизированная система управления имитацией тепловых потоков, представляющая собой масштабируемую многомодульную систему, где вычислительный центр устроен по принципу клиент-сервер, а каждый отдельный функциональный элемент, такой как измерительный канал и блок подачи мощности,

заключен в собственный самодостаточный блок, управляемый компьютером на базе мезонинных плат. Представленная система блоков и модулей соединена в локальную сеть и предоставляет, кроме очевидной эргономичности данного решения, еще и возможность «горячей» замены вышедших из строя блоков.

Таким образом, данный комплекс соответствует современным требованиям как вычислительных, так и информационно-измерительных систем.

На данный момент автоматизированная система управления тепловыми потоками введена в эксплуатацию и обладает следующими характеристиками: стабилизация выходной мощности на ИТП - 2 %; погрешность измерения температуры на испытуемом объекте - 1 °С; цикл опроса всех датчиков - менее 4 с.

Библиографическая ссылка

1. Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов / В. А. Афанасьев, В. С. Барсуков, М. Я. Гофин ; под ред. Н. В. Холодкова. М. : Изд-во МАИ, 1994.

T. Yu. Bobylev, I. N. Zakharova, V. V. Khristich JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

THERMOVACUUM TESTS OF SPACE VEHICLES. THERMAL STREAMS AUTOMATED CONTROL

The article considers questions of increase of accuracy, ergonomics and quality of measurement and management of thermal streams at thermovacuum tests of space vehicles in a thermopressure chamber. Improvement of the abovestated characteristics has been made by creation of the automated control system by thermal streams.

© Бобылев Т. Ю., Захарова И. Н., Христич В. В., 2011

УДК 621.45.04.4

А. С. Богомолов, В. Ю. Журавлев, М. В. Кубриков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ОТРАБОТКИ ДИАФРАГМЫ-РАЗДЕЛИТЕЛЯ ТОПЛИВНОГО БАКА ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ МАЛОЙ ТЯГИ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКИХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

Представлена методика проведения экспериментальной отработки разделителя при циклических колебаниях температуры.

Для подтверждения эффективности физической модели деформирования разделителя топливного бака при циклическом температурном воздействии необходимо проведение ряда испытаний диафрагменного узла в экспериментальном разъемном баке.

В ходе испытаний достигаются следующие задачи:

- доводка профиля диафрагмы для обеспечения осесимметричного перемещения разделителя;

- определение перепада давления Ар на диафрагме, построение графика зависимости перепада давления от вытесненного объема Ар = ^V);

- определение остатка незабора топлива;

- определение местоположения диафрагмы в процессе выработки топлива;

- замер радиусов качения в процессе свободного перемещения диафрагмы;

- проверка возможности повторного срабатывания диафрагмы;

- проверка работоспособности диафрагмы при циклическом изменении объема жидкости вследствие колебаний температуры (для условий наземного хра-

Фешетневские чтения

нения в заправленном состоянии и для условий орбитальной эксплуатации).

Экспериментальная установка позволяет проводить следующие работы:

- дренажно-весовую заправку полости бака компонентом-имитатором;

- подачу заданного давления в газовую полость бака;

- измерение положения диафрагмы (рис. 1);

- проверку герметичности диафрагмы методом «вакуумирования»;

- циклические перемещения диафрагмы путем подачи и отбора жидкости заданного объема.

Рис. 1. Измерение положения диафрагмы

Для исследования процесса свободного пластического выворачивания металлического разделителя применяют стенд, где разделитель не касается стенок бака. Это дает возможность при исследовании процессов выворачивания удалить верхнюю часть бака и поменять местами жидкую и газообразные фазы. Эта перестановка не влияет на процесс выворачивания разделителя, а удаление верхней части и использование в качестве газообразной фазы атмосферного воз -духа дает возможность для более удобного наблюдения и измерения процесса выворачивания разделителя. Нижняя часть бака не оказывает влияния на процесс выворачивания, поэтому ее наличие в эксперименте не обязательно [1].

При нестесненном выворачивании положение разделителя определяется объемом жидкой (несжимаемой фазы), а процесс перемещения - разницей давления между жидкой и газообразной фазами. Перед испытанием в полость под разделителем заливается жидкость. Выворачивание разделителя начинается при достижении в полости под разделителем давления жидкости, достаточного для выворачивания.

Методика проведения эксперимента определяет количество исследуемых параметров, точность их измерений, сложность и стоимость проведения этого процесса.

Величина вытесненного разделителем объема зависит от его начального и конечного положения. В промежуточном положении разделитель можно рассматривать состоящим из трех зон (рис. 2). Зона 1 -невывернутая часть разделителя, она лишь перемещается вдоль оси симметрии разделителя. Зона 2 - зона перекатывания, она представляет собой торовую поверхность, размеры которой меняются по мере выворачивания разделителя. Зона 3 - вывернутая часть разделителя, форма и размеры этой части в процессе дальнейшего выворачивания не изменяются.

Рис. 2. Схема измерения основных параметров в процессе выворачивания разделителя

Для проверки работоспособности диафрагмы при циклических температурных воздействиях производят циклические перемещения диафрагмы путем подачи и отбора жидкости объема АК Данную проверку проводят для подтверждения работоспособности диафрагмы на этапах хранения заправленного бака и орбитальной эксплуатации. Подаваемый и отбираемый объем зависит от заданного диапазона температур на выбранном этапе, от оставшегося объема жидкости в баке и коэффициента объемного расширения топлива. Количество циклов перемещения разделителя зависит от длительности этапа.

Вышеописанный метод испытаний позволяет провести оценку эффективности методов повышения стойкости диафрагмы при циклических температурных воздействиях за счет моделирования циклического изменения объема компонента в полости между стенкой бака и разделителем. Это позволяет заменить дорогостоящие и затратные по времени температурные испытания близкими по видам деформаций и условий проведения циклическими испытаниями с изменением объема компонента в рабочей полости.

Библиографическая ссылка

1. Ефремов В. Н., Журавлев В. Ю., Якубович О. П. Разделители топливных баков с отрицательной деформацией параллели : монография / Сиб. гос. аэро-космич. ун-т. Красноярск, 2005.

A. S. Bogomolov, V. Yu. Zhuravlev, M. V. Kubrikov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

TECHNIQUE OF EXPERIMENTAL WORKING OFF OF SEPARATOR OF THE FUEL TANK AT CYCLIC TEMPERATURE INFLUENCES

The technique of carrying out of experimental working off of a divider is presented cyclic fluctuations of temperature.

© Богомолов А. С., Журавлев В. Ю., Кубриков М. В., 2011