Способ контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя многократного использования в составе возвращаемой ступени ракеты-носителя Российский патент 2023 года по МПК G01M15/14 

Область техники

Изобретение может быть использовано для анализа функционирования широкого класса технических систем, в частности, в ракетно-космической технике для контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя в различных условиях эксплуатации.

Уровень техники

Известен способ контроля характеристик агрегатов жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) при огневом испытании по патенту № RU 2 750 874, МПК G01M 15/14 (2006.01), G02B 17/02 (2006.01), F02K (2006.01) от 24.07.2020, при котором контроль осуществляется на каждом стационарном режиме стендового испытания и значения характеристик агрегатов определяются расчетным путем по математической модели двигателя, скорректированной по результатам измерений параметров двигателя.

Этот способ может быть принят за прототип, так как позволяет использовать для диагностирования не только отклонения значений измеряемых параметров от эталонных, но и отклонения функционально связанных с измеряемыми параметрами значений характеристик конструкции и процессов двигателя и его агрегатов.

Этот прототип может быть применен, частично, для оценки технического состояния двигателя и его агрегатов при межполетных проверках, но в нем используются эталоны, формируемые на каждом режиме работы отдельно. Такие эталоны невозможно обобщить из-за многократного использования двигателя в разных условиях полетной эксплуатации, включая перегрузки и изменение силы тяжести. Наиболее подходящими эталонами в рассматриваемом случае многоразового использования двигателя в составе возвращаемой ступени ракеты-носителя могут стать эталоны, единые для данного типоразмера ЖРД, которые представленные в нормативных документах.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения заключалась в разработке способа контроля, обеспечивающего по результатам межполетной проверки принятие достоверного решения о техническом состояния ЖРД и возможности его последующего использования в составе возвращаемой ступени ракеты-носителя. В основу решения этой задачи положены эталоны, единые для данного типоразмера ЖРД, отраженные в его нормативных документах и контроль трендов отклонений характеристик двигателя и его агрегатов от этих эталонов. При этом характеристики двигателя и его агрегатов, полученные в условиях полета, приведены к номинальным условиям, также указанным в нормативных документах.

Технический эффект предлагаемого способа заключается в повышении безопасности полета за счет уменьшения рисков возникновения нештатных ситуаций в случае изменения характеристик ЖРД вследствие многократной летной эксплуатации.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что способ контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя многократного использования в составе возвращаемой ступени ракеты-носителя при межполетных проверках, включающий контроль характеристик двигателя и его агрегатов с помощью измеряемых параметров и математической модели и сравнении результатов контроля с эталонами, согласно изобретению при каждой межполетной проверке по результатам измерений параметров двигателя в полете формируют математическую модель двигателя, рассчитывают по ней значения контролируемых характеристик двигателя и его агрегатов, приводят значения этих характеристик к номинальным условиям, заданным нормативными документами, определяют отклонения полученных значений характеристик от эталонов, заданных нормативными документами, формируют тренды отклонений во времени за весь период летной эксплуатации двигателя, определяют по этим трендам техническое состояние двигателя и отдельных его агрегатов и принимают решение о следующем пуске двигателя без замены или с заменой его агрегатов, или прекращении эксплуатации.

Осуществление изобретения

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующей последовательностью действий.

В процессе многократного летного использования возвращаемой ступени ракеты-носителя с конкретным ЖРД

1. При каждом полетном использовании измеряют значения параметров двигателя - давления, температуры и расходы компонентов топлива, обороты валов турбонасосных агрегатов, положения приводов агрегатов управления и условия на входе в двигатель.

2. При межполетных проверках по результатам измерений формируют математическую модель двигателя путем ввода в соответствующие уравнения мультипликативных коэффициентов коррекции по алгоритму, представленному в патенте на прототип

№ RU 2 750 874, МПК G01M 15/14 (2006.01), G02B 17/02 (2006.01), F02K (2006.01) от 24.07.2020.

3. По полученной математической модели рассчитывают значения контролируемых характеристик двигателя в условиях полета.

4. По той же математической модели полученные по п. 3 значения контролируемых характеристик пересчитывают на заданные нормативными документами номинальные условия.

5. Определяют отклонения полученных значений от заданных нормативными документами эталонов.

6. Данные, полученные по п. 5, объединяют с результатами обработки всех предыдущих межполетных проверок и по всему массиву данных определяют их тренды во времени, отражающие изменения контролируемых характеристик двигателя и его агрегатов в процессе летной эксплуатации.

7. По результатам анализа полученных по п. 6 трендов принимают решение о следующем пуске двигателя без замены или с заменых его агрегатов, или прекращении эксплуатации.

Промышленная применимость

Заявленный способ может быть эффективно применен для контроля технического состояния двигателя при многократном использовании в составе возвращаемой ступени ракеты-носителя.

Изобретение относится к ракетно-космической технике. Способ контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) многократного использования в составе возвращаемой ступени ракеты-носителя при межполетных проверках включает контроль характеристик двигателя и его агрегатов с помощью измеряемых параметров и математической модели и сравнение результатов контроля с эталонами, согласно изобретению при каждой межполетной проверке по результатам измерений параметров двигателя в полете формируют математическую модель двигателя, рассчитывают по ней значения контролируемых характеристик двигателя и его агрегатов, приводят значения этих характеристик к номинальным условиям, заданным нормативными документами, определяют отклонения полученных значений характеристик от эталонов, заданных нормативными документами, формируют тренды отклонений во времени за весь период летной эксплуатации двигателя, определяют по этим трендам техническое состояние двигателя и отдельных его агрегатов и принимают решение о следующем пуске двигателя без замены или с заменой его агрегатов, или прекращении эксплуатации. Изобретение обеспечивает повышение безопасности эксплуатации ракеты-носителя за счет уменьшения рисков возникновений нештатных ситуаций в случае изменения характеристик ЖРД вследствие многоразовой летной эксплуатации.

Способ контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя многократного использования в составе возвращаемой ступени ракеты-носителя при межполетных проверках, включающий контроль характеристик двигателя и его агрегатов с помощью измеряемых параметров и математической модели и сравнение результатов контроля с эталонами, отличающийся тем, что при каждой межполетной проверке по результатам измерений параметров двигателя в полете формируют математическую модель двигателя, рассчитывают по ней значения контролируемых характеристик двигателя и его агрегатов, приводят значения этих характеристик к номинальным условиям, заданным нормативными документами, определяют отклонения полученных значений характеристик от эталонов, заданных нормативными документами, формируют тренды отклонений во времени за весь период летной эксплуатации двигателя, определяют по этим трендам техническое состояние двигателя и отдельных его агрегатов и принимают решение о следующем пуске двигателя без замены или с заменой его агрегатов, или прекращении эксплуатации.