СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТЯГИ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК И СТЕНД ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК G01L5/00 G01M15/00 

При разработке и проведении испытаний двигательных установок различного типа одной из наиболее важных характеристик является характеристика тяги ДУ. Предлагаемое изобретение относится к области испытаний реактивных двигателей, в частности к области способов и устройств для определения силы тяги плазменных двигателей, в первую очередь, при приемных испытаниях.

Наибольшая трудность в определении тяги двигательной установки (ДУ) возникает ввиду того, что объект испытаний в таких случаях имеет значительные габариты и массу, а регистрируемые нагрузки находятся на грани точности измерений применяемой аппаратуры. Сама процедура регистрации нагрузок достаточно тривиальна и включает в себя размещение объекта испытаний на стенде на оснастке различного типа (например, на различных динамометрических платформах), подключение регистрирующей аппаратуры (различные силоизмерители), запуск источника нагрузки и регистрацию воздействий. Например, а.с. СССР 518652, 459698, 608066 и др.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является (прототип) "Способ определения импульса силы тяги ракетного двигателя и стенд для его осуществления" патент РФ 2091736, кл. G 01 L 5/13. Способ определения импульса силы тяги ракетного двигателя с помощью первичного преобразователя заключается в измерении воздействия ракетного двигателя на первичный преобразователь через фрикцион. Затем определяют импульс тяги двигателя по формуле, учитывающей воздействие, полученное с помощью первичного преобразователя. Сам стенд включает опору, первичный преобразователь, соединенный с регистратором продольный фрикцион, обеспечивающий передачу воздействия от двигателя к устройству измерения.

Существенным недостатком рассмотренных выше как способов испытаний, так и самих стендов является их малая пригодность для определения тяги электрореактивных двигателей (ЭРД). При массе вместе с необходимой арматурой в десятки кг тяга двигателей составляет несколько граммов. Кроме того, сами испытания ЭРД должны проводиться в вакуумной камере, так как наличие атмосферы существенно влияет на характеристики ЭРД.

Для проведения приемных испытаний поставляется, как правило, партия ДУ, и проведение испытаний по отдельности каждой ДУ приводит к существенному перерасходу средств. Размещение известных стендов в барокамере даже для испытаний одной ДУ проблематично, а установка нескольких стендов невозможна в принципе. Т. е. стенд должен быть малогабаритным и допускать достаточно простой монтаж - демонтаж. Помимо этого, в зоне плазменного факела не должно быть посторонних предметов, а сами факелы ДУ не должны пересекаться. Таким образом, ни один из известных авторов стендов и способов определения тяги реактивных двигателей при приемных испытаниях тяги малых ЭРД не годится.

Целью предлагаемого изобретения является исключение указанных недостатков.

Предлагаемый способ одновременного измерения силы тяги реактивных двигательных установок с помощью первичного преобразователя заключается в измерении воздействия ракетного двигателя на первичный преобразователь, при этом передача воздействия от платформы на первичный преобразователь производится с помощью промежуточного элемента. Отличается заявляемый способ тем, что регистрация воздействия проводится в барокамере, и одновременно в ней размещаются несколько двигателей. При этом предварительно определяют конус, в который помещается факел двигательной установки, затем двигательные установки размещают таким образом, чтобы конусы факелов не пересекались. Далее последовательно включают каждую двигательную установку, регистрируют в процессе этого показания каждого датчика, при этом заключение о работе каждой двигательной установке делают с учетом погрешностей, вносимых работой соседних двигательных установок.

Стенд для реализации способа одновременного измерения тяги реактивных двигательных установок содержит опору, первичный преобразователь, соединенный с регистратором промежуточного элемента для передачи усилий. Отличается стенд тем, что двигательные установки располагаются в барокамере по спирали. А расположение двигательных установок на спирали, их максимальное количество, а также шаг спирали определяются размером конуса, в котором помещается факел двигательной установки. Кроме того, на опоре по спирали устанавливают датчики силы, оси чувствительности которых совпадают с направлением тяги двигательных установок либо перпендикулярны к ним. Причем шаги спиралей, по которым устанавливают датчики силы и двигательные установки, одинаковы.

Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан стенд для определения тяги электрореактивных двигателей. Стенд состоит из опоры 1 с установленными на ней датчиками регистрации усилий 2. Трос 3 обеспечивает крепление подвижной платформы. Усилие от работающей ДУ 4 передается на датчики регистрации усилий 2 с помощью промежуточного элемента 5. Оси чувствительности датчиков силы 2 совпадают с направлением тяги двигательных установок 4 либо перпендикулярны к ним (если регистрация усилий проводится по схеме, показанной на фиг.2, где дополнительно вводятся цилиндрический шарнир 8 и опора 9). Расположение двигательных установок в пространстве проводится по спирали 6 (показана пунктиром). Количество одновременно устанавливаемых в вакуумную камеру ДУ определяется размером конуса 7, в который помещается факел работающей двигательной установки.

Сущность изобретения может быть пояснена следующим образом. При проведении испытаний по измерению тяги ЭРД необходимо получить изменение силы тяги во времени. Для этого могут применяться различные датчики силы. При проведении приемных испытаний ЭРД регистрация усилий должна проводиться в вакуумной камере (иначе произойдет повреждение двигателя, а зарегистрированные усилия не будут соответствовать штатной работе ДУ). Для проведения приемных испытаний поставляется обычно партия ДУ. Проведение испытаний, при которых каждая ДУ поочередно устанавливается в вакуумную камеру, затем откачивается воздух, проводится регистрация усилий и замена ДУ, влечет за собой большие расходы и требует проведения длительных испытаний. Расположение в вакуумной камере одновременно несколько достаточно громоздких стендов сложно (ввиду ограниченной площади камер). Очевидно, что должен быть один стенд, обеспечивающий съем информации со всех ДУ. Для более рационального использования объема вакуумной камеры ДУ располагаются в пространстве по спирали. Количество двигателей, которые можно расположить в камере, определяется ее размерами и формой факела ДУ. Для расположения двигателей в вакуумной камере на этапе проведения отработки ДУ проводится (по результатам, например, фотографирования) построение конической поверхности, внутри которой размещается факел двигателя. Далее в пространстве располагаются эти конусы (например, с помощью компьютерного моделирования), и определяется для конкретной камеры допустимое число ДУ. Совпадение осей чувствительности датчиков регистрации и вектора тяги ДУ обеспечивает точную регистрацию силы тяги.

Время работы ДУ при ПСИ составляет, обычно, около 30 мин, но при этом возможно взаимовлияние на результаты измерений силы тяги ДУ. Поэтому предварительно включается на несколько секунд каждая ДУ, а регистрация производится всеми датчиками силы. Такой подход позволит учесть взаимовлияние работы ДУ на результаты измерений соседних ДУ (возможные электрические наводки в измерительных каналах).

Вывеска ДУ на тросе обеспечивает простоту ее монтажа в камере. Одинаковый шаг спиралей, на которых устанавливаются двигатели и датчики регистрации усилий, обеспечивает горизонтальное расположение промежуточного элемента.

Пример практической реализации
В настоящее время в НПО ПМ начинается отработка схемы измерений тяги с одной ДУ, и по результатам этих работ окончательно будет скомпонован стенд для одновременной регистрации силы тяги нескольких ДУ. Монтаж стенда будет проводиться в вакуумной камере КВУ-400. Рабочая зона имеет диаметр 5100 мм и высоту 10000 мм. Одновременно в ней, по предварительным данным, могут проводиться испытания восьми стационарных плазменных двигателей типа М-70, М-100 с номинальной тягой 4 и 8 граммов соответственно (8 и 16 г при работе двух ДУ в одном блоке). Рабочее давление в камере ~10^-6 мм рт. ст. Масса одного блока ДУ с магистралями для подвода ксенона ~17,5 кг. Для регистрации усилий используются преобразователи силы ПС-1-50 на основе интегральных балочных преобразователей ТКБ-6 с номинальным усилием 50 г и динамическим диапазоном 10⁴. Завершение работ по созданию стенда предполагается в четвертом квартале 2001 года.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности, двигателей. Способ заключается в измерении воздействия ракетного двигателя на первичный преобразователь. При этом передача воздействия от платформы на первичный преобразователь производится с помощью промежуточного элемента. Регистрация воздействия проводится в барокамере, и одновременно в ней размещаются несколько двигателей. При этом предварительно определяют конус, в который помещается факел двигательной установки, затем двигательные установки размещают таким образом, чтобы конусы факелов не пересекались. Далее последовательно включают каждую двигательную установку, регистрируют в процессе этого показания каждого датчика, при этом заключение о работе каждой двигательной установки делают с учетом погрешностей, вносимых работой соседних двигательных установок. Стенд содержит опору 1, датчики силы 2, соединенный с регистратором промежуточный элемент 5 для передачи усилий. Двигательные установки 4 располагаются в барокамере по спирали 7. На опоре 1, также по спирали 7, устанавливают датчики силы 2. Технический результат: расширение эксплуатационных возможностей. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ измерения силы тяги реактивной двигательной установки с помощью первичного преобразователя, заключающийся в измерении воздействия ракетного двигателя на первичный преобразователь, при этом передачу воздействия от платформы на первичный преобразователь производят с помощью промежуточного элемента, отличающийся тем, что регистрацию воздействия проводят в барокамере, и одновременно размещаются несколько двигателей, при этом предварительно определяют конус, в который помещается факел двигательной установки, затем двигательные установки размещают таким образом, чтобы конуса факелов не пересекались, далее последовательно включают каждую двигательную установку, регистрируют в процессе этого показания каждого датчика, при этом заключение о работе каждой двигательной установки делают с учетом погрешностей, вносимых работой соседних двигательных установок.2. Стенд для реализации способа измерений тяги реактивной двигательной установки, содержащий опору, первичный преобразователь, соединенный с регистратором промежуточного элемента для передачи усилий, отличающийся тем, что двигательные установки расположены в барокамере по спирали, где их максимальное количество, а также шаг спирали определяют размером конуса, в котором помещается факел двигательной установки, кроме того, на опоре по спирали устанавливают датчики силы, оси чувствительности которых совпадают с направлением тяги двигательных установок, либо перпендикулярны к ним, причем шаги спиралей, по которым устанавливают датчики силы и двигательные установки, одинаковы.