СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Российский патент 1998 года по МПК F02K9/58 F02K9/96 G01M15/00 

Изобретение относится к ракетостроению и может быть использовано при стендовых испытаниях жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

Известен стенд для испытаний ЖРД, содержащий системы подачи компонентов топлива к ЖРД, включающие в себя расходные баки, разделительные емкости, бустерные емкости, топливные магистрали, топливную арматуру, трубопроводы сжатых газов.

Недостатками известного стенда являются наличие отсечных клапанов в составе топливных пусковых магистралей, что приводи к нарушению критериев гидродинамического подобия этих магистралей - ракетным магистралям: повышенному гидравлическому сопротивлению, повышенному отношению длин к площадям проходных сечений стендовых магистралей относительно ракетных, отличительным волновым процессам в компонентах топлива пусковых и ракетных магистралей. Такие нарушения при стендовых испытаниях ЖРД не допустимы.

Однако по условиям техники безопасности компоненты топлива в разделительных емкостях должны отсекаться от пусковых магистралей и испытуемого ЖРД при аварийных исходах испытания, т.к. в этих случаях могут разрушаться как ЖРД, так и пусковые магистрали, что приведет к выбросам в огневой отсек стенда окислителя и горючего из разделительных емкостей, значительным пожарам и разрушениям стенда, что недопустимо.

Задачей предлагаемого изобретения является создание стенда для испытания ЖРД, лишенного указанных недостатков и обеспечивающего испытание ЖРД с соблюдением критериев гидродинамического подобия пусковых магистралей стенда - ракетным, а также с соблюдением требований техники безопасности - не допускать значительных разрушений стенда при аварийных исходах испытаний ЖРД.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом стенде для испытаний ЖРД, содержащем системы подачи компонентов топлива, включающие в себя расходные баки, разделительные емкости, бустерные емкости, расходные магистрали с расходомерами, пусковые магистрали с расходомерами, пусковые магистрали, топливную арматуру, магистрали сжатых газов, предусмотрены установленные в разделительные емкости отсечные клапаны с их седлами, герметично соединенными со входами пусковых магистралей, а снаружи разделительных емкостей установлены приводы клапанов, причем клапаны и их приводы соединены между собой механическими связями, которые проходят через отверстия с уплотнениями в стенках разделительных емкостей.

Указанная совокупность признаков проявляет в предложенном стенде для испытаний ЖРД новые свойства, заключающиеся в том, что при расположении отсечных клапанов с седлами в разделительных емкостях сами корпуса емкостей являются корпусами клапанов, что не вызывает нарушений критериев подобия пусковых магистралей, обеспечивает возможность закрытия клапанов и отсечки компонентов топлива в разделительных емкостях при аварийных исходах испытаний, а расположение приводов клапанов снаружи емкостей упрощает конструкцию, технологию эксплуатации и повышает надежность работы систем в целом.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Предложенный стенд для испытаний ЖРД представлен на чертеже, где: 1 - расходный бак; 2 - расходная магистраль; 3 - разделительная емкость; 4 - бустерная емкость; 5 - пусковая магистраль; 6 - испытуемый ЖРД; 7 - отсечной клапан; 8 - седло клапана; 9 - привод клапана; 10 - механическая связь; 11 - уплотнение; 12-21 - пневмоклапаны.

Система стенда содержит расходный бак 1, который гидравлически расходной магистралью 2 соединен с разделительной емкостью 3. Разделительная емкость трубопроводом соединена с бустерной емкостью 4 и пусковой магистралью 5 - с испытуемым ЖРД 6. В разделительной емкости расположены отсечной клапан 7 и его седло 8, которое герметично соединено со входом в пусковую магистраль. Снаружи емкости расположен привод 9 клапана. Клапан и привод соединены между собой механической связью 10, которая проходит через отверстие с уплотнением 11 в стенке бака. В расходной магистрали, в трубопроводах сжатого газа установлена арматура (отсечные пневмоклапаны) 12-21.

Предложенный стенд для испытаний ЖРД работает следующим образом. Открывают пневмоклапаны 17, 12, 15, 16, и компонент топлива из расходного бака 1 по расходной магистрали 2 поступает в разделительную емкость 3 и по пусковой магистрали 5 на вход в испытуемый ЖРД 6. При этом емкость 3 заправляют компонентом топлива до образования в ней заданных уровней компонента и, соответственно, газовой подушки. Закрывают пневмоклапан 12. Открывая и закрывая пневмоклапаны 14, 15, 16, 18, 19, 20, 21, создают в расходном баке, разделительной емкости, бустерной емкости расчетные давления сжатого газа. Оставляют пневмоклапан 16 открытым. Запускают ЖРД 6, при этом за счет наличия в разделительной и бустерной емкостях расчетных давлений и объемов газовых подушек, за счет расчетных характеристик пусковой магистрали 5 обеспечивается требуемое гидродинамическое подобие систем питания компонентами топлива ЖРД на стенде - ракетным. Открывают пневмоклапаны 12, 13, при этом за счет повышенного давления в расходном баке компонент топлива поступает с повышенным расходом в разделительную емкость и из нее вытесняют газовую подушку в бустерную емкость, после чего закрывают пневмоклапан 16. Далее расходомеры 25 регистрируют величину расхода компонента топлива, поступающую в ЖРД. Испытание ЖРД продолжают в течение расчетного времени при нормальном протекании процесса, после чего выключают ЖРД. В случае аварийного исхода испытания и разрушения при этом ЖРД или пусковой магистрали дают команду на привод 9, который перемещает связь 10 через уплотнение 11, в сторону закрытия клапана 7, который садится на седло 8 и отсекает компонент в разделительной емкости, препятствуя его выливанию на стенд, образованию пожара и дальнейшему разрушению стенда.

Применение предложенного стенда для испытаний ЖРД позволит обеспечить:
при запуске ЖРД - соблюдение критериев гидродинамического подобия стендовых магистралей питания компонентами топлива - ракетным;
при аварийном исходе испытания - уменьшить разрушения стенда и его систем, что соответствует требованиям техники безопасности.

Стенд для испытаний жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) с соблюдением критериев гидродинамического подобия стендовых магистралей питания ЖРД компонентами топлива. Стенд содержит расходные баки 1, которые расходными магистралями 2 соединены с разделительными емкостями 3. Разделительные емкости трубопроводами соединены с бустерными емкостями 4 и пусковыми магистралями 5 с испытуемым ЖРД 6. В разделительных емкостях расположены отсечные клапаны 7 с седлами 8, которые герметично соединены со входами пусковых магистралей. Снаружи разделительных емкостей расположены приводы 9 клапанов. Клапаны и их приводы соединены между собой механическими связями 10, которые проходят через отверстия с уплотнениями 11 в стенках разделительных емкостей. В расходных магистралях, в трубопроводах сжатых газов установлена арматура (отсечные пневмоклапаны) 12 - 21. 1 ил.

Стенд для испытаний жидкостных ракетных двигателей, содержащий системы подачи компонентов топлива к двигателю, включающие в себя расходные баки, разделительные и бустерные емкости, расходные магистрали с расходомерами, пусковые магистрали, топливную арматуру, магистрали сжатых газов, отличающийся тем, что в нем в разделительные емкости установлены отсечные клапаны с седлами, герметично соединенными с входами пусковых магистралей, а снаружи разделительных емкостей установлены приводы клапанов, причем клапаны и их приводы соединены между собой механическими связями, которые проходят через отверстия с уплотнениями в стенках разделительных емкостей.