УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

Полезная модель относится к области промышленной аэродинамики и может быть использована для проведения газодинамических испытаний авиационной и ракетной техники.
Известно устройство для проведения газодинамических испытаний, содержащее газодинамичскую камеру с соплом, источник сжатого газа с магистралью высокого давления, систему регулирования подачи сжатого газа с регулируемыми клапанами, датчиками давления и регулятором параметров газа, установленным в магистрали высокого давления (авторское свидетельство СССР №327453). В известном устройстве с целью повышения быстродействия системы регулирования давления газа при наборе рабочего режима в газодинамичской камере параметры подаваемого в нее газа устанавливаются с помощью ресивера, связанного с полостью управления регулятора давления газа, подаваемого в газодинамичскую камеру.
Однако в известном устройстве расход газа, подаваемого в газодинамическую камеру, регулируется изменением его давления. Такое выполнение системы регулирования не позволяет обеспечить достаточную точность регулирования расхода газа, подаваемого в испытательную камеру. При этом регулирование состава подаваемого газа в системе регулирования не предусмотрено, что существенно снижает функциональные возможности известного устройства.
Известно также устройство для проведения газодинамических испытаний, содержащее испытательную камеру с гиперзвуковым соплом, источник сжатого газа с магистралью высокого давления, систему регулирования подачи сжатого газа с регулируемыми клапанами, датчиками давления, датчиком температуры и регулятором расхода газа, установленным в магистрали высокого давления, и подогреватель газа, подключенный входом к магистрали высокого давления, выходом - к входу гиперзвукового сопла испытательной камеры (патент РФ №2482457). В известном устройстве необходимый расход газа через гиперзвуковое сопло поддерживается с помощью крионасосов, обеспечивающих соответствующий уровень давления в вакуумной камере.
К недостаткам этого устройства следует отнести наличие замкнутой системы подачи газа в испытательную камеру, что не позволяет проводить испытания с различными по составу газами в зависимости от используемого топлива.
Наиболее близким аналогом полезной модели является устройство для проведения газодинамических испытаний, содержащее испытательную камеру с аэродинамическим соплом, источник сжатого воздуха с магистралью высокого давления, систему регулирования подачи сжатого воздуха с регулируемыми клапанами, датчиками давления, датчиком температуры и регулятором расхода воздуха, установленным в магистрали высокого давления, и газовый генератор с системой подачи топлива, топливными форсунками и системой зажигания, подключенный входом к магистрали высокого давления, выходом - к входу аэродинамического сопла испытательной камеры, а форсунками - к системе подачи топлива (патент РФ №2421702). В известном устройстве для генерирования газа используется жидкое углеводородное топливо, предпочтительно керосин что позволяет подавать в испытательную камеру газ с температурой 1000…1100°C.
Однако известное устройство не может обеспечить имитацию натурных условий при стендовых испытаниях работы образцов авиационной и космической техники в воздушном потоке с заданными баротермическими и скоростными параметрами, т.к. газ, подаваемый в аэродинамическое сопло испытательной камеры, будет характеризоваться пониженным содержанием кислорода в его составе и неравномерным распределением температурного поля в потоке.
Основной задачей полезной модели является обеспечение проведения газодинамических испытаний воздушно-реактивных двигателей и аппаратов с работающими двигателями в воздушном потоке с заданными натурными баротермическими и скоростными параметрами.
Техническим результатом полезной модели является повышение точности регулирования параметров высокоэнтальпийного газового потока, подаваемого в испытательную камеру, в частности обеспечение заданного расхода газа.
Этот технический результат достигается тем, что устройство для проведения газодинамических испытаний, содержащее испытательную камеру с аэродинамическим соплом, источник сжатого воздуха с магистралью высокого давления, систему регулирования подачи сжатого воздуха с регулируемыми клапанами, датчиками давления, датчиком температуры и регулятором расхода воздуха, установленным в магистрали высокого давления, и газовый генератор с системой подачи топлива, топливными форсунками и системой зажигания, подключенный входом к магистрали высокого давления, выходом - к входу аэродинамического сопла испытательной камеры, а форсунками - к системе подачи топлива. Согласно полезной модели устройство снабжено системой подачи кислорода в газовый генератор, который выполнен со смесительным ресивером, подключенным к системе подачи кислорода, регулятор расхода воздуха выполнен в виде редукционного клапана с полостью управления и расходного критического сопла, установленного в магистрали высокого давления между редукционным клапаном и газовым генератором, а система регулирования подачи сжатого воздуха снабжена дополнительным редукционным клапаном и ресивером, подключенным к полости управления редукционного клапана непосредственно, а к магистрали высокого давления - через дополнительный редукционный клапан и регулируемые клапаны, причем датчики давления установлены на входе и выходе расходного критического сопла, а датчик температуры установлен на входе расходного критического сопла.
Регулируемые клапаны могут быть установлены параллельно и выполнены с разными расходными характеристиками, а система регулирования подачи сжатого воздуха может быть снабжена двумя дополнительными регулируемыми клапанами, выполненными с разными расходными характеристиками и входами параллельно подключенными к ресиверу, а выходами - связанными с атмосферой.
Подача кислорода в качестве окислителя для топлива в смесительную камеру газового генератора позволяет получить на выходе газового генератора высокоэнтальпийный рабочий газ с содержанием кислорода, соответствующим его содержанию в атмосферном воздухе, что является необходимым условием моделирования реальных параметров набегающего потока при проведении стендовых испытаний. При этом процесс моделирования реальных параметров набегающего потока не возможен без соблюдения точного соотношения величин расхода всех трех компонентов, подаваемых в генератор газа: топлива, кислорода и сжатого воздуха.
Регулирование подачи топлива и кислорода в газовый генератор осуществляется стандартным оборудованием и не требует дополнительной корректировки в процессе испытаний, т.к. их расходные параметры определены программой испытаний. Поэтому определяющим фактором для моделирования реальных параметров набегающего потока являются расходные характеристики подаваемого в газовый генератор сжатого воздуха, зависящие не только от величины двух других компонентов, но и от параметров внешней среды и требующие точного отслеживания и автоматического корректирования в процессе проведения испытаний.
Для обеспечения этого процесса регулятор расхода воздуха выполнен в виде редукционного клапана с полостью управления и расходного критического сопла, установленного в магистрали высокого давления между редукционным клапаном и газовым генератором, а система регулирования подачи сжатого воздуха снабжена дополнительным редукционным клапаном и ресивером, подключенным к полости управления редукционного клапана непосредственно, а к магистрали высокого давления - через дополнительный редукционный клапан и регулируемые клапаны, причем датчики давления установлены на входе и выходе расходного критического сопла, а датчик температуры установлен на входе расходного критического сопла.
Существо полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена общая схема устройства.
Устройство для проведения газодинамических испытаний, содержит испытательную камеру 1 с аэродинамическим соплом 2, источник сжатого воздуха 3 с магистралью высокого давления 4, систему регулирования подачи сжатого воздуха 5 с регулятором расхода воздуха 6, установленным в магистрали высокого давления 4, и газовый генератор 7, подключенный входом к магистрали высокого давления 4, а выходом - к входу аэродинамического сопла 2 испытательной камеры 1.
Регулятор расхода воздуха 6 выполнен в виде редукционного клапана 8 с полостью управления 9 и расходного критического сопла 10, установленного в магистрали высокого давления 4 между редукционным клапаном 8 и газовым генератором 7.
Газовый генератор 7 выполнен с топливными форсунками И, подключенными к системе подачи топлива 12, системой зажигания 13 и смесительным ресивером 14, который подключен к магистрали высокого давления 4 и системе подачи кислорода 15.
Система регулирования подачи сжатого воздуха 5 снабжена ресивером 16, подключенным к полости управления 9 редукционного клапана 8 непосредственно, а к магистрали высокого давления 4 - через дополнительный редукционный клапан 17 и регулируемые клапаны 18 и 19. В системе регулирования подачи сжатого воздуха 5 имеются датчик давления 20 и датчик температуры 21, установленные на входе расходного критического сопла 10, и датчик давления 22, установленный на выходе расходного критического сопла 10.
Регулируемые клапаны 18 и 19 установлены параллельно и выполнены с разными расходными характеристиками.
Система регулирования подачи сжатого воздуха 5 снабжена двумя дополнительными регулируемыми клапанами 23 и 24, выполненными с разными расходными характеристиками и подключенными входами к ресиверу 16, а выходами - связанными с атмосферой.
Реализация программы испытаний осуществляется с помощью блока управления 25, подключенного к исполнительным механизмам всех элементов устройства. Для запуска устройства предусмотрен клапан 26.
Устройство работает следующим образом. Перед запуском испытательной камеры 1 редукционный клапан 8 и дополнительный редукционный клапан 17 настраиваются на требуемую величину давлений в соответствии с программой испытаний. После подачи сжатого воздуха от источника сжатого воздуха 3 в магистрали высокого давления 4 и ресивере 16 создается заданное начальное давление, величина которого определена программой испытания.
Для запуска газового генератора 7 открывается клапан 15 и сжатый воздух из магистрали высокого давления 4 подается в смесительный ресивер 14 газового генератора 7, где смешивается с кислородом, подаваемым системой подачи кислорода 15. Обогащенный кислородом поток сжатого воздуха направляется к топливным форсункам 11, распыливающим топливо в потоке сжатого воздуха, а образовавшаяся топливовоздушная смесь воспламеняется с помощью системы зажигания 13. Продукты сгорания в виде высокотемпературной газовой смеси, имеющей то же массовое или объемное содержание кислорода, что и окружающая атмосфера, направляют в аэродинамическое сопло 2 испытательной камеры 1.
0
Все вышеупомянутые системы подачи компонентов в газовый генератор 7 связаны с блоком электронного управления 25. Все компоненты подаются в газовый генератор 7 в заранее рассчитанных соотношениях в соответствии с программой испытаний, так чтобы полная температура подогретого воздуха T точно соответствовала полетным условиям и чтобы процентное содержание кислорода в нагретом рабочем газе соответствовало содержанию кислорода в атмосферном воздухе.
Расход сжатого воздуха через регулятор расхода воздуха 6 определяется по величине перепада давления на входе и выходе расходного критического сопла 10 и значению температуры воздуха на входе в сопло 10. Заданное значение расхода сжатого воздуха, подаваемого в газовый генератор 7, поддерживается редукционным клапаном 8, полость управления 9 которого подключена к ресиверу 16.
В случае если по какой-либо причине расход сжатого воздуха уменьшается в сравнении с заданным, от блока управления 25 поступает команда на открытие регулируемых клапанов 18 и 19 по отдельности или совместно, давление в ресивере 13 и соответственно в полости управления 9 редукционного клапана 8 увеличивается, тем самым повышая расход сжатого воздуха через редукционный клапан 8. Если расход сжатого воздуха оказывается повышенным по сигналу блока управления 25 открываются один из дополнительных регулируемых клапанов 23 и 24 или оба вместе, при этом избыток воздуха сбрасывается в атмосферу, снижая давление в ресивере 13 и тем самым снижая расход сжатого воздуха через редукционный клапан 8.
Описанное устройство позволяет проводить газодинамические испытания воздушно-реактивных двигателей и аппаратов с работающими двигателями в широком полетном диапазоне, с максимальным приближением к натурным условиям. Кроме того, устройство позволяет быстро переходить с одного экспериментального режима на другой, и таким образом, исследовать переходные рабочие процессы для воздушно-реактивных двигателей.