СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОПЕЛ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, РАБОТАЮЩИХ НА МЕТАЛЛОСОДЕРЖАЩЕМ ТОПЛИВЕ Российский патент 2005 года по МПК F02K9/96 F02K9/97 

Изобретение относится к области ракетных двигателей.

Контроль качества изготовления элементов ракетных двигателей проводится соответствующими испытаниями [1].

Тяговые характеристики сопел двигателей зависят от геометрического профиля сопла. Течение двухфазных продуктов в сопле сопровождается температурным и скоростным отставаниями, коагуляцией, дроблением и конденсацией частиц [2]. Точный учет этих явлений в расчетах реальных течений не разработан, комбинированием их характеристик и математических моделей расчета профиля сопла для одного и того же двигателя можно получить несколько эталонных профилей сопла, удовлетворяющих определенным оптимизационным критериям.

В способе отбраковки жидкостных ракетных двигателей [3], структурно являющемся аналогом изобретения и заключающемся в проведении огневых стендовых испытаний (ОСИ) с измерением давлений, обработке результатов измерений, не учтены явления, обусловленные двухфазностью продуктов сгорания, так как контроль качества изготовления сопел ракетных двигателей проводится ОСИ и последующим сравнением результатов испытаний, полученных при комплектации двигателя контролируемым соплом с результатами испытаний, полученных с применением эталонного сопла, однако вариационный подход в определении характеристик эталонного сопла вносит вероятностную составляющую в процесс контроля качества.

Техническим результатом изобретения является снижение вероятностной составляющей в процессе контроля качества изготовления сопла.

Технический результат достигается тем, что контроль качества изготовления сопел проводят ОСИ одного выбранного из партии двигателя с измерением параметров его работы, обработкой результатов измерений, включающей определение тяговых характеристик сопла и сравнение результатов этих испытаний с результатами испытаний с применением эталонного сопла, удовлетворяющего условию

μ _с=[(1-z_m)²β^{_t1]/{[1-z_m-z_m(k_z-1)β _tp}, где}

μ _с - коэффициент расхода эталонного сопла;

z_m - массовая доля металла в ракетном топливе;

β _t1 - расходный комплекс продуктов сгорания без учета экзотермических реакций горения металла;

β _tp - расходный комплекс продуктов сгорания ракетного топлива;

k_z=z/z_m - массовое число реакции горения металла;

z - массовая доля конденсированных продуктов сгорания в составе продуктов сгорания ракетного топлива,

а о качестве изготовления сопел ракетных двигателей судят по величине расхождения коэффициента расхода испытуемого сопла со значением μ _c.

Формула для расчета μ _c является одним из частных решений общего уравнения неразрывности применительно к камере сгорания ракетного двигателя как каналу с газофазными реакциями в ограниченном трактом потоке, содержащем частицы, приведенном к канонической форме. Коэффициент расхода, определенный по этой формуле, является максимально достижимым коэффициентом расхода сопла. Химический состав топлива, его энтальпия и расчетное давление в камере сгорания необходимы и достаточны для термодинамических расчетов параметров состояния продуктов сгорания по известным (напр., [2]) методикам.

Данные по μ _c, z, k_z для некоторых ракетных топлив на режиме максимального удельного импульса с использованием данных [4] приведены в таблице.

ТаблицаОкислительГорючееk_zzμ _с27%-ный азотно-кислотн. АК-27И /5/Ксилидинотриэтиламиновая смесь ТГ-02 /5/+50% алюминия1,6890,4340,917Азотный тетраксидТо же1,7420,3280,973То же60% гидразин + 40% алюминий1,7150,4420,983Перекись водородаТо же1,850,5240,975То жеГидрид бериллия1,8380,7130,67

Способ реализуется следующим образом. Проводится ОСИ двигателя с контролируемым соплом и испытание этого двигателя с применением эталонного сопла с измерением параметров работы двигателя и расходов компонентов топлива. Проводятся термодинамические расчеты параметров состояния продуктов сгорания и определяются коэффициенты расхода контролируемого μ _д и эталонного сопел. Сравнением значений коэффициентов, например отношения μ _д/μ _с<1,0, определяется качество изготовления сопла.

Практическое значение способа состоит в совершенствовании ракетных двигателей на металлосодержащем топливе.

Литература:

1. Космонавтика. Маленькая энциклопедия. Гл. ред. В.П.Глушко, 2-е изд., доп., М., “Советская энциклопедия”, 1970.

2. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П. Теория ракетных двигателей. М., “Машиностроение”, 1980.

3. Способ отбраковки жидкостных ракетных двигателей малой тяги и устройство для его осуществления. Патент РФ №2002973.

4. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания. Справ., в 10 т., М., ВИНИТИ АН СССР, 1971-1980.

5. Большаков Г.Ф. Химия и технология компонентов жидкого ракетного топлива. Л., “Химия”, 1983.

Способ контроля качества изготовления сопел ракетных двигателей, работающих на металлосодержащем топливе, включает проведение огневого стендового испытания одного выбранного из партии двигателя, обработку результатов измерений, включающую определение тяговых характеристик сопла и сравнение результатов этих испытаний с результатами испытаний с применением эталонного сопла. В качестве эталонного сопла используют сопло, удовлетворяющее условию μ _с=[(1-z_m)²·^{β_t1]/{[1-Z_m-Z_m·_{(kz-1)]· β tp}, где μ с - коэффициент расхода сопла; zm - массовая доля металла в ракетном топливе; β t1 - расходный комплекс продуктов сгорания без учета экзотермических реакций горения металла; β tp - расчетный расходный комплекс продуктов сгорания ракетного топлива; kz=z/zm - массовое число реакции горения металла; z - массовая доля конденсированных продуктов сгорания в составе продуктов сгорания ракетного топлива. Изобретение снизит вероятностную составляющую в процессе контроля качества изготовления сопла. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.}}

1. Способ контроля качества изготовления сопел ракетных двигателей, работающих на металлосодержащем топливе, заключающийся в проведении огневого стендового испытания одного выбранного из партии двигателя, обработке результатов измерений, включающей определение тяговых характеристик сопла и сравнении результатов этих испытаний с результатами испытаний с применением эталонного сопла, отличающийся тем, что в качестве эталонного сопла используют сопло, удовлетворяющее условию μ _c=[(1-z_m)²·^{β _t1]/{[1-z_m-z_m·_{(kz-1)]· β tp}, где μ с - коэффициент расхода сопла; zm - массовая доля металла в ракетном топливе; β t1 - расходный комплекс продуктов сгорания без учета экзотермических реакций горения металла; β tp - расчетный расходный комплекс продуктов сгорания ракетного топлива; kz=z/zm - массовое число реакции горения металла; z - массовая доля конденсированных продуктов сгорания в составе продуктов сгорания ракетного топлива.}}2. Способ по п.1, отличающийся тем, что о качестве изготовления сопел ракетных двигателей судят по величине расхождения коэффициента расхода испытуемого сопла со значением μ _с.