СТЕНД ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ГАЗОТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ГАЗА НА ЭЛЕМЕНТЫ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ КОНСТРУКЦИИ Российский патент 2010 года по МПК F02K9/96 G01M15/00 

Описание патента на изобретение RU2399783C1

Изобретение относится к области моделирования натурных условий работы элементов конструкции механизмов, характеризующихся кратковременностью (0,5÷1,0 с) газотермодинамического высокотемпературного (~2000 К) воздействия при скорости газового обтекания 250÷600 м/с и давлении 5÷20 ата.

Известна модельная установка для испытания материалов тепловой защиты [1], содержащая корпус с размещенным в нем твердотопливным зарядом торцевого горения - источником высокотемпературного газа. Корпус имеет газоход с сужающимся переходным участком, переходящим в мерный участок цилиндрической формы с размещенным в нем исследуемым материалом, в котором встроены термопары для измерения температуры в материале. Мерный участок переходит в сопло с центральным отверстием для выпуска газа.

Недостаток данной модельной установки состоит в том, что она не обеспечивает исследование уноса и прококсовки термостойких материалов для разных давлений и скоростей обтекания образцов газовым высокотемпературным потоком в заданное время воздействия.

Целью изобретения является получение достоверных сведений о термостойкости испытываемых материалов при кратковременном (0,5÷1,0 с) газодинамическом воздействии высокотемпературного потока на испытываемые образцы.

Указанная цель достигается тем, что в модельной установке, содержащей состыкованные между собой твердотопливный газогенератор и газоход переменного сечения, включающий переходный участок с нормированным профилем, мерный участок постоянного сечения с исследуемым материалом и установленными в нем термопарами, сопловой блок для выпуска газов в окружающую среду, сопловой блок выполнен в виде стакана с боковыми симметрично расположенными выпускными окнами, в дне стакана осесимметрично установлена трубка Пито-Прандтля с датчиком полного давления, срез которой находится в перпендикулярной плоскости, проходящей через ось отверстия в стенке мерного газохода с датчиком статического давления, расположенного за исследуемым материалом, а термопара установлена на дне стакана, между газогенератором и газоходом переменного сечения установлена форкамера с термостойкой диафрагмой с перфорацией, разделяющей форкамеру и газоход переменного сечения,

Fперф=0,3÷0,4Fф и

где Fперф - площадь перфорации диафрагмы, Fф - площадь сечения форкамеры, Fок - площадь выпускных окон, Fм - площадь сечения мерного газохода, а расстояние от среза сопла газогенератора до диафрагмы lд=1,5÷2dм, длина переходного участка газохода lпер=2,5÷3dм, диаметр форкамеры dф=1,7÷2dм, где dм - диаметр мерного участка газохода.

Конструкция предложенного стенда изображена на чертеже.

Стенд содержит газогенератор 1 с соплом 2, форкамеру 3, перфорированную диафрагму 4, переходный участок 5, мерный участок 6 с исследуемыми элементами 7 и датчиком замера давления 8, сопловой блок 9 с выпускными окнами 10, с датчиком замера температуры потока (термопарой) 11 и трубкой Пито 12 с датчиком давления 13 для замера полного давления газового потока.

Для оценки уноса материала образца в зависимости от скорости газового потока и давления важно в мерном газоходе по его сечению обеспечить равномерный поток.

Это достигается за счет установки термостойкой диафрагмы между переходным участком газохода и срезом сопла газогенератора.

Площадь перфорации Fперф диафрагмы составляет Fперф=0,3÷0,4Fф (где Fф - площадь сечения форкамеры).

Соотношения: расстояние lд (от среза сопла газогенератора до диафрагмы) lд=1,5÷2dм, где dм - диаметр мерного участка газохода, длина переходного участка газохода lпер=2,5÷3dм, диаметр форкамеры dф=1,7÷2dм, получены экспериментально с учетом рекомендаций, приведенных в литературе [2, 3, 4].

Диаметр мерного газохода dм определяется в зависимости от ожидаемого среднего давления Рм в мерном газоходе (в диапазоне Рм=5÷20 ата) и фактического давления в газогенераторе (Ргг=150÷200 ата).

Например, для соотношения при диапазоне отношений (в исследовании). При этом соотношение площади выпускных окон Fок соплового блока к площади сечения мерного газохода Fм находится в диапазоне Тогда замеренное давление у стенки мерного газохода позади образца испытываемого материала (статическое давление Рм и полное давление Р, замеренное в трубке Пито, срез который находится в одном сечении с датчиком замера давления у стенки газохода) с учетом замера температуры газа Т на дне стакана-сопла позволяет по известным газодинамическим формулам получить скорость газового потока

(Vмм·акр,

где акр=f(Т0)).

Стенд работает следующим образом. При задействовании газогенератора с определенными расходными характеристиками и при определенном давлении в камере поток газа из сопла устремляется к перфорированной диафрагме, обеспечивающей дозвуковое истечение газового потока, его выравнивание и ускорение происходит в переходном участке. К мерному участку газ поступает с равномерной скоростью по сечению газохода, что создает необходимые условия для корректного замера статического и полного давлений, а в сочетании с замером температуры заторможенного газа у дна стакана полученные данные позволяют с достаточной точностью определить скорость потока газов. Изменением площади выпускных окон достигается заданное давление в мерном газоходе.

Стенд предложенной конструкции позволяет получить достоверные результаты об уносе и прококсовке теплозащитных материалов. Стенд прошел испытания. В дальнейшем результаты проводимых экспериментов планируется использовать в проектных разработках.

Источники информации

1. Шишков А.А., Панин С.Д., Румянцев Б.В. Рабочие процессы в ракетных двигателях твердого топлива. Справочник. М.: Машиностроение, 1989, с.240, рис.5.4.2.

2. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическому сопротивлению фасонных и прямых частей трубопроводов. ЦАГИ, 1950 г., с.215.

3. Идельчик И.Е. Аэрогидродинамика технологических аппаратов. М.: Машиностроение, 1983 г., гл.4, с.92-118.

4. Газодинамика и теплообмен. Ученые записки №369, выпуск 49. Издательство Ленинградского университета, 1973 г., с.85-100.

Похожие патенты RU2399783C1

название год авторы номер документа
ВЫСОТНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 1993
  • Багдасарьян Александр Александрович
  • Багдасарьян Михаил Александрович
  • Шишков Альберт Алексеевич
  • Вакуличев Владимир Тихонович
  • Беляков Владимир Сергеевич
RU2075742C1
СПОСОБ ИМИТАЦИИ УСЛОВИЙ МИНОМЕТНОГО СТАРТА РАКЕТЫ ИЗ ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2011
  • Плюснин Андрей Владимирович
  • Сабиров Юрий Рахимзянович
  • Бондаренко Леонид Александрович
  • Соколов Павел Михайлович
  • Говоров Владимир Васильевич
RU2482425C1
СТЕНДОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ТВЕРДОТОПЛИВНЫХ ЗАРЯДОВ МНОГОРЕЖИМНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ 2003
  • Кобцев Виталий Георгиевич
  • Конопатов Сергей Викторович
  • Соломонов Юрий Семенович
  • Бобович Александр Борисович
  • Шишков Альберт Алексеевич
  • Рашковский Сергей Александрович
  • Поляков Владимир Анатольевич
  • Багдасарьян Михаил Александрович
  • Мухамедов Виктор Сатарович
  • Калашников Сергей Алексеевич
RU2273759C2
ПИРОТЕХНИЧЕСКОЕ АЗОТГЕНЕРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО 2005
  • Кобцев Виталий Георгиевич
  • Шишков Альберт Алексеевич
  • Бобович Александр Борисович
  • Багдасарьян Михаил Александрович
  • Калашников Сергей Алексеевич
  • Конопатов Сергей Викторович
  • Мухамедов Виктор Сатарович
  • Поляков Владимир Анатольевич
  • Коротков Роберт Петрович
  • Воробьев Сергей Николаевич
RU2347979C2
Устройство защиты от попадания воды во внутренний объём сопла твёрдотопливного двигателя ракетного носителя с миномётной схемой старта из подводного положения и обратный клапан 2019
  • Кобцев Виталий Георгиевич
  • Багдасарьян Михаил Александрович
  • Бобович Александр Борисович
  • Дорофеев Александр Алексеевич
  • Сухадольский Александр Петрович
  • Петрусев Виктор Иванович
RU2725129C1
ИЗМЕРИТЕЛЬ РАСХОДА ГАЗА 1995
  • Стариков В.П.
  • Козьмин А.М.
  • Коструба Г.П.
  • Либкинд В.Л.
RU2114397C1
Способ испытаний конструкций на ударное воздействие потоком двухфазных сред и стенд для его осуществления 1991
  • Багдасарьян Александр Александрович
  • Пилипенко Петр Борисович
  • Багдасарьян Михаил Александрович
  • Шишков Альберт Алексеевич
SU1820265A1
Стенд для исследования теплообмена при струйном натекании пара на охлаждаемую поверхность 1986
  • Слепов Борис Федерович
  • Александров Владимир Сергеевич
  • Карасев Василий Степанович
  • Корнеев Александр Дмитриевич
  • Пирогов Евгений Николаевич
SU1366927A1
Газоперекачивающий агрегат (ГПА), газоход тракта выхлопа ГПА и входной узел газохода тракта выхлопа ГПА 2018
  • Арефьев Михаил Романович
  • Гиззатуллин Феликс Федратович
  • Куприк Виктор Викторович
  • Лобов Дмитрий Анатольевич
  • Марчуков Евгений Ювенальевич
  • Рубин Лев Исакович
  • Шишкова Ольга Владимировна
RU2675969C1
Стенд для исследования теплообмена при струйном натекании пара на охлаждаемую поверхность 1990
  • Карасев Василий Степанович
  • Александров Владимир Сергеевич
  • Корнеев Александр Дмитриевич
  • Пирогов Евгений Николаевич
  • Слепов Борис Федорович
SU1735752A1

Реферат патента 2010 года СТЕНД ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ГАЗОТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ГАЗА НА ЭЛЕМЕНТЫ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ КОНСТРУКЦИИ

Стенд содержит состыкованные между собой твердотопливный газогенератор и газоход переменного сечения. Газоход включает переходный участок с нормированным профилем, мерный участок постоянного сечения с исследуемым материалом и установленными в нем термопарами и сопловой блок для выпуска газов в окружающую среду. Сопловой блок выполнен в виде стакана с боковыми симметрично расположенными выпускными окнами. В дне стакана осесимметрично установлена трубка Пито-Прандтля с датчиком полного давления, срез которой находится в перпендикулярной плоскости, проходящей через ось отверстия в стенке мерного газохода с датчиком статического давления, расположенного за исследуемым материалом. Термопара установлена на дне стакана. Между газогенератором и газоходом переменного сечения установлена форкамера с термостойкой диафрагмой с перфорацией, разделяющей форкамеру и газоход переменного сечения. Площадь перфорации диафрагмы, отношение площади выпускных окон к площади сечения мерного газохода, расстояние от среза сопла газогенератора до диафрагмы, длина переходного участка газохода и диаметр форкамеры определяются соотношениями, защищаемыми настоящим изобретением. Изобретение позволяет получить при испытаниях достоверные результаты об уносе и прококсовке теплозащитных материалов. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 399 783 C1

Стенд для моделирования импульсного газотермодинамического воздействия высокотемпературного газа на элементы тепловой защиты конструкции, содержащий состыкованные между собой твердотопливный газогенератор и газоход переменного сечения, включающий переходный участок с нормированным профилем, мерный участок постоянного сечения с исследуемым материалом и установленными в нем термопарами, сопловой блок для выпуска газов в окружающую среду, отличающийся тем, что сопловой блок выполнен в виде стакана с боковыми симметрично расположенными выпускными окнами, в дне стакана осесимметрично установлена трубка Пито-Прандтля с датчиком полного давления, срез которой находится в перпендикулярной плоскости, проходящей через ось отверстия в стенке мерного газохода с датчиком статического давления, расположенного за исследуемым материалом, а термопара установлена на дне стакана, между газогенератором и газоходом переменного сечения установлена форкамера с термостойкой диафрагмой с перфорацией, разделяющей форкамеру и газоход переменного сечения
Fперф=(0,3÷0,4)Fф и ,
где Fперф - площадь перфорации диафрагмы; Fф - площадь сечения форкамеры; Fок - площадь выпускных окон; Fм - площадь сечения мерного газохода, а расстояние от среза сопла газогенератора до диафрагмы lд=(1,5÷2)dм, длина переходного участка газохода lпер=(2,5÷3)dм, диаметр форкамеры dф=(1,7÷2)dм, где dм - диаметр мерного участка газохода.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2399783C1

Станок для изготовления деревянных ниточных катушек из цилиндрических, снабженных осевым отверстием, заготовок 1923
  • Григорьев П.Н.
SU2008A1
US 4759215 A, 26,07.1988
US 3165924 A, 19.01.1965
ВЫСОТНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 1993
  • Багдасарьян Александр Александрович
  • Багдасарьян Михаил Александрович
  • Шишков Альберт Алексеевич
  • Вакуличев Владимир Тихонович
  • Беляков Владимир Сергеевич
RU2075742C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЕТАЛЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2005
  • Бычков Николай Григорьевич
  • Ножницкий Юрий Александрович
  • Першин Алексей Викторович
RU2284514C1
US 3092992 A, 11.06.1963.

RU 2 399 783 C1

Авторы

Багдасарьян Михаил Александрович

Кобцев Виталий Георгиевич

Петрусев Виктор Иванович

Апакидзе Юрий Валентинович

Бобович Александр Борисович

Шишков Альберт Алексеевич

Воробьев Сергей Николаевич

Валуев Евгений Леонидович

Багдасарьян Александр Александрович

Атаманов Юрий Максимович

Даты

2010-09-20Публикация

2009-07-09Подача