СТАПЕЛЬ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОСЕВОЙ СИЛЫ ТЯГИ РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2015 года по МПК F02K9/96 G01M15/14 

Изобретение относится к области испытаний ракетных двигателей, а именно к стапелям для измерения осевой силы тяги ракетных двигателей.

Сила тяги ракетных двигателей является одной из главных характеристик, определяемых при огневых стендовых испытаниях. Для испытаний с замером силы тяги используются специальные стапели. Известен стапель подвесного типа (см. Конструкция и отработка РДТТ. Под редакцией A.M. Виницкого. М.: Машиностроение, 1980. - Рис. 7.6 на стр. 104). В таком стапеле ракетный двигатель твердого топлива (РДТТ) устанавливается на платформе, которая фиксируется в силовой раме регулировочными устройствами, включающими измерительные преобразователи осевой силы, боковых сил, креновых моментов. Недостатком стапеля является наличие взаимовлияния измерительных звеньев, сложность эксплуатации в части центрирования двигателя, возможность ухода начальных координат двигателя при его работе под действием радиационного нагрева, эжекции, что в конечном итоге не позволяет измерить осевую силу тяги с достаточной точностью.

Известен стапель кареточного типа (см. Конструкция и отработка РДТТ. Под редакцией А.М. Виницкого. М.: Машиностроение, 1980. - Рис. 7.4 на стр. 102). Стапель содержит неподвижную силовую раму, подвижную часть с опорами качения в виде кареток, узлами крепления РДТТ, переходником (поддоном) и измерительным преобразователем силы. Подвижная часть может передвигаться только в продольном направлении, за счет чего исключается влияние боковых усилий на точность измерения осевой силы тяги.

В качестве измерительных преобразователей силы могут использоваться тензорезисторные преобразователи, нашедшие широкое применение в практике стендовых испытаний РДТТ (см. Конструкция и отработка РДТТ. Под редакцией A.M. Виницкого. М.: Машиностроение, 1980. - Рис. 8.10 на стр. 128). Для крепления преобразователя служит хвостовик, при этом необходимо выполнение следующих требований по совмещению оси преобразователя с осью действия силы тяги (осью сопла, двигателя):

- параллельное смещение не более 1 мм;

- угловое смещение не более 1°.

В варианте использования двух преобразователей один из них крепится хвостовиком в гнездо опорного узла оснастки, а второй к опорной плите стенда.

Такое крепление преобразователей (к разнесенным друг от друга деталям, узлам) не защищает от перекоса и смещения опорных поверхностей, не позволяет выполнить вышеуказанные требования по их расположению относительно оси действия силы тяги. Однако использование более одного преобразователя является предпочтительным, поскольку позволяет увеличить точность измерений в $$\sqrt{n}$$ раз, где n - число преобразователей (см. Конструкция ракетных двигателей на твердом топливе. Под редакцией Л.Н. Лаврова. М.: Машиностроение, 1993. - Стр. 194).

Кроме того, при проведении огневых стендовых испытаний в результате динамического изменения силы при переходных режимах работы двигателя, а также изменении силы тяги при испытании РДТТ с изменяемой величиной силы тяги, в процессе работы в системе опорная плита стенда - преобразователи силы - испытуемый двигатель возбуждаются механические колебания.

Инерционные перегрузки, возникающие при колебаниях, передаются на преобразователи силы и воспринимаются ими, складываясь с измеряемой силой тяги, картина процесса искажается. Однако используемая конструкция крепления хвостовика к гнезду опорного узла оснастки или опорной плите стенда не обеспечивает затухание амплитуды колебаний в системе опорная плита стенда - преобразователи силы - испытуемый двигатель.

Технической задачей данного изобретения является повышение точности измерений осевой силы тяги при стендовых испытаниях ракетных двигателей.

Технический результат достигается тем, что в стапеле для измерения осевой силы тяги ракетного двигателя, содержащем неподвижную раму, подвижную часть с узлами крепления двигателя, переходник и преобразователи силы, на переходнике установлен опорный полый стакан, внутри которого размещен полый поршень, а внутри полого поршня на упругих мембранах установлена втулка, при этом преобразователи силы закреплены на втулке соосно. В опорном полом стакане может быть соосно установлено несколько полых поршней.

Закрепление преобразователей силы на втулке соосно, а втулки - соосно стакану, защищает от перекоса и смещения опорных поверхностей и осей преобразователей силы, в том числе при сжатии их чувствительных элементов при работе двигателя, обеспечиваются требования по совмещению оси преобразователя с осью действия силы тяги (осью сопла, двигателя).

Установка втулки с преобразователями силы на мембранах внутри поршня с возможностью перемещения поршня внутри опорного стакана способствует быстрому затуханию и уменьшению амплитуды колебаний в системе опорная плита стенда - преобразователи силы - опорный стакан - испытуемый двигатель.

В этом процессе мембрана, являясь гибким элементом, уменьшает динамические воздействия на чувствительные элементы преобразователей силы, а полый поршень, перемещаясь, выполняет роль фрикционного амортизатора за счет трения о стенки стакана и способствует гашению колебаний.

Таким образом, обеспечивается получение информации с достаточной точностью без искажения картины процесса инерционными перегрузками, возникающими на переходных режимах работы двигателя, в том числе при изменении силы тяги в процессе испытаний РДТТ с программно изменяемой величиной силы тяги.

Использование последовательно соединенных преобразователей силы обеспечивает увеличение не только точности измерений, но и надежности получения информации (см. Конструкция ракетных двигателей на твердом топливе. Под редакцией Л.Н. Лаврова. М.: Машиностроение, 1993 - Стр. 194).

Совокупность существенных признаков предлагаемого технического решения является новой и позволяет повысить точность измерений осевой силы тяги и надежность получения информации при стендовых испытаниях ракетных двигателей, в том числе при испытании РДТТ с программно изменяемой величиной силы тяги.

На фиг. 1 показан общий вид стапеля. На фиг. 2 показана часть стапеля с преобразователями силы.

Стапель имеет неподвижную раму с опорами 1. На раме на опорах качения, например роликах, установлена подвижная часть стапеля 2 с возможностью продольного перемещения. Для уменьшения силы трения вместо опор качения могут быть установлены гидро- или аэростатические опоры. На подвижной части стапеля закреплен испытываемый ракетный двигатель твердого топлива (РДТТ) 3 с переходником (поддоном) 4. На торце переходника 4 установлен опорный стакан 5, внутри которого размещен полый поршень 6. Внутри полого поршня 6 на упругих мембранах 7, например тонких металлических дисках с прорезями, установлена втулка 8. В резьбовых отверстиях втулки соосно закреплены измерительные преобразователи силы 9 и 10, например, тензорезисторные. Преобразователь силы 9 упирается в опорную плиту 11 испытательного стенда, а преобразователь силы 10 опирается в дно опорного стакана 5.

Последовательное соединение преобразователей силы 9, 10 повышает точность измерений в $$\sqrt{n}$$ раз (n - число преобразователей) и увеличивает надежность получения информации.

Тяга, создаваемая испытываемым РДТТ 3, передается через переходник 4 на дно опорного стакана 5. Через дно опорного стакана 5 тяга передается на преобразователи силы 10 и 9, соединенные втулкой 8 и воспринимается опорной плитой 11 испытательного стенда. В процессе измерения тяги чувствительные элементы преобразователей силы 10 и 9 подвергаются сжатию, что приводит к их перемещению, при этом упругие мембраны 7 прогибаются. При определенных величинах усилия прогиба мембран, превышающего силу трения полого поршня об опорный стакан, происходит перемещение полого поршня 6 вдоль опорного стакана 5, при этом упругие мембраны 7 восстанавливают свое первоначальное положение относительно полого поршня 6. Параметры упругих мембран (зависят от характеристик материала и конструкции мембран) выбираются таким образом, чтобы величины нагрузок, вызывающих их максимальный прогиб до начала перемещения поршня, не выходили за пределы погрешности средств тарировок преобразователей силы и не влияли на точность измерения.

Большая жесткость упругих мембран в поперечном направлении позволяет удерживать преобразователи силы на их рабочей оси, совпадающей с осью действия тяги РДТТ, за счет чего отсутствуют перекосы чувствительных элементов преобразователей силы, и обеспечивается требуемая точность измерений.

На переходных режимах работы РДТТ 3 в результате динамического изменения силы тяги в системе опорная плита 11 испытательного стенда - преобразователи силы 9, 10 - опорный стакан - испытуемый двигатель 3 возбуждаются механические колебания. В этом процессе мембрана 7, являясь гибким элементом, уменьшает динамические воздействия на чувствительные элементы преобразователей силы 9, 10, а полый поршень 6, перемещаясь, выполняет роль фрикционного амортизатора за счет трения о стенки опорного стакана 5 и способствует гашению колебаний.

При испытании РДТТ с многоступенчатыми режимами тяги внутри опорного стакана 5 может быть размещено несколько полых поршней 6, внутри каждого из которых на упругих мембранах 7, например тонких металлических дисках с прорезями, установлена втулка 8 с соосно закрепленными преобразователями силы 9 и 10. Наилучший результат достигается, когда замеряемая осевая сила тяги на каждом из многоступенчатых режимов тяги равна номинальному значению преобразователей силы, используемых для этого замера и установленных на одной из втулок 8.

Таким образом, предлагаемый стапель позволяет повысить точность измерений осевой силы тяги и надежность получения информации при стендовых испытаниях РДТТ, в том числе РДТТ с многоступенчатыми режимами тяги.

Изобретение относится к области испытаний ракетных двигателей, а именно к стапелям для измерения осевой силы тяги ракетных двигателей. Стапель для измерения осевой силы тяги ракетного двигателя содержит неподвижную раму, подвижную часть с узлами крепления двигателя, переходник и преобразователи силы. На переходнике установлен опорный полый стакан, внутри которого размещены один или несколько полых поршней, причем внутри каждого полого поршня на упругих мембранах установлена втулка. Преобразователи силы закреплены на втулке соосно. Изобретение позволяет повысить точность измерения осевой силы тяги при стендовых испытаниях ракетного двигателя твердого топлива. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Стапель для измерения осевой силы тяги ракетного двигателя, содержащий неподвижную раму, подвижную часть с узлами крепления двигателя, переходник и преобразователи силы, отличающийся тем, что на переходнике установлен опорный полый стакан, внутри которого размещен полый поршень, а внутри полого поршня на упругих мембранах установлена втулка, при этом преобразователи силы закреплены на втулке соосно.

2. Стапель для измерения осевой силы тяги ракетного двигателя по п. 1, отличающийся тем, что в опорном полом стакане соосно установлено несколько полых поршней.