СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ СОПЛОВЫХ БЛОКОВ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01M9/00 F02K1/78 

Изобретение относится к испытанию сопл и может быть использовано при проведении измерений тяговых и расходных характеристик сопл и сопловых блоков, в том числе при проведении модельных испытаний сопл реактивных двигателей.

При проведении испытаний сопл двигателей [1] их тяга измеряется непосредственно датчиком, а импульс (пустотная тяга) и коэффициент расхода определяется с точностью 0,5-1% Для получения более точных данных по характеристикам сопл испытания проводят на моделях с использованием в качестве рабочего тела воздуха высокого давления. В этом случае предельная ошибка в определении импульса ≈0,3% а коэффициента расхода ≈0,3-0,5%
Известен также более точный способ определения тяговых и расходных характеристик сопл, заключающийся в подаче холодного воздуха по газовому тракту в разделительную камеру, разделении его в ней на два отдельных потока, прохождении этих потоков через эталонное и испытуемое сопло и замере разности тяг сравниваемых сопл при одинаковом расходе газа через сопла [2]
Дифференциальная установка для осуществления этого способа содержит ресивер, снабженный блоками разделительных сопл, пристыкованными к его торцам, и установленные на подводящем трубопроводе рабочие цилиндры с узлами крепления испытуемых сопл [2]
Недостаток известных технических решений заключается в том, что высокая паспортная точность обеспечивается только при сохранении соотношения расходов через делительные и соответственно через испытуемые сопла одинаковыми в двух последовательных запусках. В действительности соотношение расходов изменяется в процессе запуска. Это связано с тем, что за счет дроссельного эффекта рабочее тело холодный воздух, т.е. воздух с температурой, приблизительно равной температуре окружающей среды, в подводящих магистралях охлаждается на ≈20-40^оС. В результате вода, содержащаяся в рабочем теле, оседает на стенках охлаждающихся в процессе запуска делительных сопл, изменяя площадь их минимального сечения. Если запуск длительный (0,5-2 мин), то паспортная точность снижается и погрешность увеличивается до ≈0,5% вместо паспортной 0,1% из-за неодинакового обмерзания делительных сопл и нарушения равенства в разделении расхода.

Технической задачей является повышение точности определения тяговых и расходных характеристик испытуемых сопловых блоков путем уменьшения погрешности в разделении расходов.

Это достигается за счет того, что в способе, основанном на подаче воздуха, разделении его на два равных по расходу отдельных потока, которые направляют в эталонное и испытуемое сопла, перед разделением потока в нем распыляют жидкость, при этом отношение расхода жидкости m_ж к расходу воздуха m_в выбираются из интервала значений m_ж/m_в 0,0003-0,002.

Способ реализуется на дифференциальной установке для испытания сопловых блоков ракетных двигателей, содержащей ресивер с блоками разделительных сопел, соединенный с рабочими цилиндрами для установки сопловых блоков и трубопроводом для подачи воздуха. Установка снабжена центробежными форсунками и баком, заполненным жидкостью, причем форсунки установлены на оси ресивера в зоне пересечения осей трубопровода и цилиндров, направлены в стороны цилиндров и связаны магистралью с баком, а полость в баке над жидкостью сообщена с трубопроводом, в котором между ресивером и участком отбора воздуха в бак установлено гидравлическое сопротивление.

По экспериментальным данным и исходя из возможности обычной предварительной осушки воздуха до влагосодержания 0,1-0,2 г/кг минимальная величина отношения расхода жидкости m_ж к расходу воздуха m_в составляет (m_ж/m_в) 0,0003.

Для равномерного распыливания жидкости по всему объему воздуха в ресивере наиболее приемлемы центробежные форсунки. По опытным данным разброс значений расхода, обеспечиваемых этими форсунками, составляет ≈5% Учитывая это, а также допуская ошибку 0,01% в делении расхода рабочего тела за счет неточного деления жидкости, получают верхний предел отношения (m_ж/m_в) 0,002 и общий интервал (m_ж/m_в) 0,0003-0,002.

На фиг. 1 схематически изображена дифференциальная установка; на фиг. 2 график зависимости по времени τ измеряемой разности тяг.

Дифференциальная установка для испытаний сопловых блоков содержит ресивер 1, который снабжен блоками разделительных сопл 2, пристыкованными к его торцам 3, и установлен на подводящем трубопроводе рабочего тела 4. Рабочие цилиндры 5 для установки сопловых блоков 6 соосно соединены с блоками разделительных сопл 2 и имеют на противоположных концах узлы крепления 7 для испытуемых сопл 6. В ресивере 1 на его оси, совпадающей с осью цилиндров, в зоне пересечения осей трубопровода 4 и рабочих цилиндров 5 установлены центробежные форсунки 8, направленные в стороны цилиндров 5 и связанные магистралью 9 с баком 10, заполненным жидкостью. Полость 11 над жидкостью в баке 10 сообщена магистралью 12 с трубопроводом 4 рабочего тела (воздуха), в котором между ресивером 1 и участком отбора в бак воздуха 13 установлено гидравлическое сопротивление 14 в виде диафрагмы.

При включении установки во время испытания сопловых блоков 6 рабочее тело (воздух), протекая по трубопроводу 4 на участке отбора воздуха 13 от сечения, где расположен штуцер 15 отбора давления и до ресивера 1, имеет некоторый перепад давления. Близкий к этому перепад давления возникает между полостью 11 бака 10 и ресивером 1, в результате жидкость вытесняется из бака 10, проходит по магистрали 9 к центробежным форсункам 8 и разбрызгивается в ресивере 1. В результате происходит стабилизация соотношения расходов через разделительные сопла 2 правой и левой сторон дифференциальной установки такое, как этом показано на фиг. 2 (участок τ₁- τ₂), т.е. исключается ошибка измерений δR₀.

Изобретение позволяет более точно определить тяговые и расходные характеристики сопл за счет уменьшения погрешности в разделении расходов.

Изобретение относится к технике, связанной с испытанием сопл, и может быть использовано при проведении модельных испытаний для определения тяговых и расходных характеристик сопл ракетных двигателей. Технической задачей является повышение точности определения тяговых и расходных характеристик испытуемых сопловых блоков путем уменьшения погрешности в разделении расходов. Способ заключается в подаче воздуха, разделении его на два равных по расходу отдельных потока, которые направляют в эталонное и испытуемое сопла, перед разделением потока в нем распыляют водорастворяющую жидкость, при этом отношение расхода жидкости m_ж к расходу холодного воздуха m_в выбирают из следующего интервала значений m_ж/m_в= 0,003-0,002. Способ реализуется на дифференциальной установке, которая содержит ресивер 1 с блоками разделительных сопл 2, соединенный с рабочими цилиндрами 5 для установки сопловых блоков 6 и трубопроводом 4 для подачи холодного воздуха. Установка снабжена баком 10, заполненным жидкостью, и центробежными форсунками 8, установленными на оси ресивера в зоне пересечения осей трубопровода и цилиндров, направленными в стороны цилиндров и связанными магистралью 9 с баком 10, а полость 11 в баке над жидкостью сообщена с трубопроводом 4, в котором между ресивером 1 и участком отбора в бак воздуха 13 установлено гидравлическое сопротивление 14. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ испытания сопловых блоков, заключающийся в подаче воздуха, разделении его на два равных по расходу отдельных потока, которые направляют в эталонное и испытуемое сопла, отличающийся тем, что перед разделением потока в нем распыляют жидкость, при этом отношение расхода жидкости (m_ж) к расходу воздуха (m_в) выбирают из следующего интервала значений: m_ж/m_в 0,0003
0,002. 2. Дифференциальная установка для испытания сопловых блоков ракетных двигателей, содержащая ресивер с блоками разделительных сопл, соединенный с рабочими цилиндрами для установки сопловых блоков и трубопроводом для подачи воздуха, отличающаяся тем, что она снабжена центробежными форсунками и баком, заполненным жидкостью, причем форсунки установлены на оси ресивера в зоне пересечения осей трубопровода и цилиндров, направлены в стороны цилиндров и связаны магистралью с баком, а полость в баке над жидкостью сообщена с трубопроводом, в котором между ресивером и участком отбора в бак воздуха установлено гидравлическое сопротивление.