СПОСОБ ЗАХОЛАЖИВАНИЯ БАКА С КРИОГЕННЫМ ТОПЛИВОМ ПРИ ИСПЫТАНИИ РАКЕТНОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2014 года по МПК F17C7/00 F02K1/17 

Изобретение относится к ракетно-космической области и предназначено для захолаживания или поддержания заданной температуры объектов с криогенными компонентами топлива при проведении испытаний ракетных установок на стенде в условиях атмосферы Земли.

Известен способ поддержания заданных значений температуры в емкости с криогенным компонентом, заключающийся в том, что для обеспечения заданных условий работы производят дренаж паров криогенного продукта из емкости с одновременным проведением измерения его температуры (см. Микулин Е.И. Криогенная техника. М., Машиностроение, 1969 г., стр.117-122).

В результате анализа известного способа необходимо отметить, что при его реализации не предусмотрены операции изменения температуры объекта с программированным изменением окружающего давления, что может приводить к существенным потерям продукта из емкости в дренажную систему.

Известен способ заправки криогенной емкости, включающий подачу криогенного продукта в криогенную емкость, дренаж паров криогенного продукта, измерение давления паров в криогенной емкости и температуры внутренней стенки криогенной емкости, причем перед подачей в криогенную емкость криогенный продукт переохлаждают по сравнению с равновесной температурой, соответствующей температуре криогенного продукта при давлении подачи, а дренаж паров криогенного продукта прекращают в процессе заправки при достижении внутренней стенкой криогенной емкости температуры, равной температуре подаваемого криогенного продукта, и производят снижение давления в паровом пространстве криогенной емкости путем распыления дополнительно подаваемого криогенного продукта в зону парового пространства криогенной емкости до величины, не превышающей величины давления подачи криогенного продукта.

(см. патент РФ №2221965, кл. F17C 6/00, 2002 г.) - наиболее близкий аналог.

В результате анализа известного способа необходимо отметить, что при штатной работе ракетной установки, оснащенной баками, содержащими криогенное топливо и парогазовую фазу над ним, предусматривают проведение операций охлаждения криогенного топлива за счет удаления парогазовой фазы из бака через дренажную систему с определенным заданным расходом смеси G_др. Выход за пределы заданных значений расхода через систему дренажа может оказать существенное отрицательное влияние на работу всех систем ракетной установки. Причем сам расход среды определяется площадью проходного сечения дренажной магистрали f_др, давлением, температурой и составом парогазовой смеси в топливном баке.

Имитация таких условий охлаждения топлива в баке на стенде в условиях Земли возможна, но при создании на выходе из дренажной системы соответствующих условий по температуре и давлению. Для этой цели испытательные стенды должны быть оборудованы сложными системами для имитации высотных и температурных условий с привлечением широкого круга технического персонала, причем данные стенды и реализуемые при их работе технологии не отличаются точностью.

Исследования показали, что при проведении испытаний для сокращения материальных затрат, связанных с дооборудованием стендовых систем, нет необходимости создавать условия, аналогичные штатным летным условиям на выходе из системы дренажа, а вполне возможно при проведении операции охлаждения путем удаления парогазовой фазы из бака за счет регулирования площади проходного сечения дренажной магистрали по времени испытания в зависимости от состава смеси в баке.

Вышеотмеченные физические процессы и связанный с ними ряд действий легли в основу операций предлагаемого способа захолаживания бака с криогенным топливом при проведении стендовых испытаний ракетной установки.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности процесса захолаживания и существенный материальный выигрыш из-за введения операции регулирования по времени испытания площади проходного сечения магистрали дренажа.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе захолаживания бака с криогенным топливом при испытании ракетной установки, заключающемся в удалении парогазовой смеси из бака через систему дренажа, имеющую установленную площадь проходного сечения на выходе, с одновременным измерением давления и температуры смеси в баке, новым является то, что дополнительно измеряют давление смеси на выходе из системы дренажа, определяют состав парогазовой фазы в баке, по которому рассчитывают газовую постоянную и показатель адиабаты парогазовой смеси, сравнивают их с показателями, заранее определенными для реальных летных условий и по сигналу рассогласования регулируют площадь выходного сечения системы дренажа.

Способ захолаживания бака с криогенным топливом при испытании ракетной установки осуществляют следующим образом.

При проведении испытаний ракетной установки осуществляют захолаживание бака с криогенным топливом, которое реализуют удалением парогазовой смеси из бака через систему дренажа с установленной заранее площадью проходного сечения на выходе (как правило, на выходе системы дренажа устанавливают управляемый клапан с регулируемым проходным сечением. В процессе захолаживания измеряют посредством датчиков давление P₁ и температуру T₁ парогазовой смеси в газовой полости бака. По измеренным значениям давления и температуры, используя известные зависимости или табличные данные для данного компонента топлива, определяют на линии насыщения по температуре T₁ парциальное давление паров P_s. По разности P₁-P_s рассчитывают парциальное давление газовой фазы P_г, которая находится вместе с паром компонента над жидкостью в баке. Используя значения мольных масс и газовой постоянной газа и пара µ_г, µ_s, R_г, R_s, определяют объемные и массовые доли газа и пара r_г, r_s, g_г, g_s и далее газовую постоянную R_см и показатель адиабаты смеси k_см:

, , , ,

, .

Полученные значения используют для расчета площади проходного сечения магистрали дренажа f_др, изменением которой поддерживают заранее заданные значения расхода парогазовой фазы G_др через систему дренажа. При этом используются значения давления P₂, измеренные на выходе из системы дренажа. Расчет параметра осуществляется по заданной программе как для условий критического течения, когда для давления на выходе из системы дренажа выполняется условие

так и для докритического течения, в случае невыполнения этого условия.

Для критического течения

Для докритического течения

Полученные значения сравниваются с заранее заданными, полученными для реальных летных условий, и по сигналу рассогласования регулируют площадь выходного сечения системы дренажа.

Изобретение относится к ракетно-космической области и предназначено для захолаживания или поддержания заданной температуры объектов с криогенными компонентами топлива при проведении испытаний ракетных установок на стенде в условиях атмосферы Земли. Способ захолаживания бака с криогенным топливом при испытании ракетной установки заключается в удалении парогазовой смеси из бака через систему дренажа, имеющую установленную площадь проходного сечения на выходе, с одновременным измерением давления и температуры смеси в баке. Для реализации способа дополнительно измеряют давление смеси на выходе из системы дренажа, определяют состав парогазовой фазы в баке, по которому рассчитывают газовую постоянную и показатель адиабаты парогазовой смеси, сравнивают их с показателями, заранее определенными для реальных летных условий, и по сигналу рассогласования регулируют площадь выходного сечения системы дренажа. Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности процесса захолаживания и существенный материальный выигрыш из-за введения операции регулирования по времени испытания площади проходного сечения магистрали дренажа.

Способ захолаживания бака с криогенным топливом при испытании ракетной установки, заключающийся в удалении парогазовой смеси из бака через систему дренажа, имеющую установленную площадь проходного сечения на выходе, с одновременным измерением давления и температуры смеси в баке, отличающийся тем, что дополнительно измеряют давление смеси на выходе из системы дренажа, определяют состав парогазовой фазы в баке, по которому рассчитывают газовую постоянную и показатель адиабаты парогазовой смеси, сравнивают их с показателями, заранее определенными для реальных летных условий, и по сигналу рассогласования регулируют площадь выходного сечения системы дренажа.