СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ КОРПУСОВ ТИПА "КОКОН" РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ НА ВНУТРЕННЕЕ ДАВЛЕНИЕ
BENCH TO TEST SOLID-PROPELLANT ROCKET ENGINE "COCOON"-TYPE BODY FOR INTERNAL PRESSURE

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к стендовому оборудованию, предназначенному для гидроиспытаний корпусов типа «кокон» ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ) на внутреннее давление.
При работе РДТТ задний фланец корпуса нагружается осевой силой от внутреннего давления, уменьшенной на величину тяги двигателя (разгрузка). В связи с этим при гидроиспытаниях применяется устройство для разгрузки заднего фланца, состоящее из цилиндра, связанного с задним фланцем, и поршня, шток которого связан с силовой рамой, либо с силовым полом стенда. Диаметр разгрузочного поршня d определяется из соотношения:
<mrow><mfrac><mrow><mi>π</mi><msup><mi>d</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mn>4</mn></mfrac><mo>⋅</mo><mi>p</mi><mo>=</mo><mi>T</mi></mrow>
,
где p - давление в двигателе;
Т - тяга.
ф
ф
Кроме того, в ряде случаев проводится дополнительное гидроиспытание корпуса на давление формования твердотопливного заряда Р, которое меньше рабочего, с целью определения изменения формы заднего днища и осевых перемещений заднего фланца, которые в дальнейшем используются для расчетов напряженно-деформированного состояния твердотопливного заряда после охлаждения и извлечения формующей оснастки. Гидроиспытание корпуса на давление формования твердотопливного заряда проводится с разгрузочным устройством, диаметр поршня которого D равен диаметру формующей заряд оснастки. При этом величина силы разгрузки составляет:
<mrow><msub><mi>Т</mi><mi>ф</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>π</mi><msubsup><mi>D</mi><mi>ф</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mn>4</mn></mfrac><mo>⋅</mo><msub><mi>Р</mi><mi>ф</mi></msub></mrow>
Известен стенд для гидроиспытаний корпуса (патент РФ №2195642), содержащий силовую раму с элементами для крепления корпуса и устройство для разгрузки соплового фланца на величину тяги. Также известен стенд для испытаний крупногабаритных ракетных корпусов типа «кокон» на внутреннее давление с разгрузочным устройством заднего днища, обеспечивающим имитацию нагружения корпуса при формовании заряда (патент РФ №2433382).
Известно техническое решение, которое позволяет существенно сократить длительность и стоимость проведения гидроиспытаний корпуса РДТТ типа «кокон» в случае, когда необходимо провести дополнительное испытание на давление формования заряда и сократить производственный цикл изготовления корпуса за счет исключения операций по переустановке разгрузочных устройств и без промежуточного слива и повторного заполнения испытательной жидкостью в процессе проведения испытания. При этом используется разгрузочное устройство с двумя поршнями и цилиндрами разных диаметров, соответствующих обоим случаям нагружения корпуса. В нем поршень малого диаметра расположен внутри поршня большого диаметра, цилиндр которого через имитатор корпуса сопла связан с задним фланцем корпуса (патент РФ №2503943) - прототип. Каждый случай нагружения определяется положением упора поршня, связанного с силовым полом стенда: нижнее (рабочее давление), верхнее (давление формования заряда).
ф
Однако в таком разгрузочном устройстве при испытании на давление формования твердотопливного заряда Р возможен перекос поршня большого диаметра в пределах заданных допусков в случае некоторого различия в распределении коэффициентов трения в окружном направлении по боковой поверхности между поршнем и цилиндром, приводящее к дополнительным нерегламентированным нагрузкам и искажению результатов перемещений заднего фланца корпуса.
Технической задачей настоящего изобретения является создание конструкции разгрузочного устройства для испытаний на два случая нагружения (на рабочее давление и на давление формования заряда) с более высокой надежностью работы, исключающей возможный перекос поршня в цилиндре большого диаметра по сравнению с техническим решением по патенту РФ №2503943.
Технический результат достигается тем, что в стенде для испытаний корпусов типа «кокон» ракетных двигателей на твердом топливе на внутреннее давление, содержащем имитатор корпуса сопла и разгрузочное устройство заднего фланца, установленное на имитаторе корпуса сопла, с цилиндрами разных диаметров и двумя поршнями, имеющими упор, связанный с силовым полом стенда, цилиндры и поршни расположены один за другим вдоль оси, причем как цилиндры, так и поршни скреплены между собой, цилиндр малого диаметра скреплен с имитатором корпуса сопла, поршень малого диаметра выполнен удлиненным, в его нижней цилиндрической части расположены уплотнения, а в верхней части сечение, перпендикулярное оси поршня, представляет собой круг с вырезами по его краю, при этом на дугах между вырезами существуют три точки, которые являются вершинами остроугольного треугольника.
ф
ф
На фиг. 1 приведено разгрузочное устройство предлагаемой конструкции при испытании корпуса 1 на рабочее давление с разгрузкой от силы тяги. Поршень 2 (малого диаметра d) с уплотнениями 3 в нижней части и продольными вырезами 4 по цилиндрической поверхности в верхней части и поршень 5 (большого диаметра D) расположены последовательно вдоль оси и скреплены между собой. Цилиндр 6 (малого диаметра d) и цилиндр 7 (большого диаметра D) также расположены последовательно вдоль оси и скреплены между собой. Цилиндр 6 связан с задним фланцем 8 корпуса 1 через имитатор корпуса сопла 9, а скрепленные между собой поршни опираются на упор 10, связанный с силовым полом стенда.
ф
На фиг. 2 приведено положение элементов разгрузочного устройства предлагаемой конструкции стенда при испытании корпуса на давление формования заряда. Скрепленные между собой поршни смещены вниз. Нижняя часть поршня 2 с уплотнениями 3 выведена из цилиндра 6, а часть поршня 2 с вырезами 4 частично выведена из цилиндра 2. Цилиндр 6 большого диаметра через вырезы 4 в поршне 2 заполнен испытательной жидкостью и находится под давлением формования заряда Р.
На фиг. 3 показано сечение верхней части поршня малого диаметра 2 с вырезами 4 и дугами 11 с тремя выбранными на них точками 12, образующими вершины остроугольного треугольника.
На фиг. 4 показан вариант возможного сечения верхней части поршня малого диаметра 2, содержащий три выреза 4 и три дуги 11 с тремя точками 12, образующими вершины остроугольного треугольника.
На фиг. 5 показан вариант недопустимого сечения верхней части поршня малого диаметра 2, в котором невозможно выбрать три точки на дугах 11 так, чтобы образованный ими треугольник был остроугольным (один из углов больше 90 градусов).
Предлагаемое изобретение исключает перекос поршней при осевом перемещении цилиндров, так как боковые опорные поверхности находятся на каждом из скрепленных между собой поршней и расположены по оси на расстоянии друг от друга. Условие существования в сечении верхней части поршня малого диаметра на дугах 11 между вырезами 4 трех точек 12, образующих вершины остроугольного треугольника (фиг. 3, 4), обеспечивает центрирование верхней части поршня 2 в цилиндре 6 при испытании на давление формования заряда (фиг. 2). Показанное на фиг. 5 недопустимое сечение (треугольник тупоугольный) позволяет отклоняться верхней части поршня от оси цилиндра, при этом нарушается работоспособность устройства.
Таким образом, предлагаемое изобретение исключает перекос поршня в цилиндре большого диаметра и повышает надежность работы устройства.