Стенд для исследования гидродинамических процессов в топливных баках летательных аппаратов с капиллярными заборными устройствами в условиях невесомости Советский патент 1993 года по МПК G01M10/00 B64D37/20 

Изобретение относится к области ра- кетнокосмической техники и может быть использовано при испытании ее элементов, преимущественно капиллярных заборных устройств..; - :. -:Цель изобретения - расширение функциональных возможностей стенда по проведению исследований и повышения точности их проведения.

На фиг. 1 изображен предлагаемый стенд; на фиг. 2-4 - элементы стенда.

Стенд для исследования гидродинамических процессов в условиях невесомости (фиг. t) состоит из расходной емкости 1с приводом линейных перемещений 2, снабженным регуляторами скорости 3 и длинны

хода штока привода 4, сменной модели объекта 5 со смесителем. 6, элементов управле- н-ия, авто;матики и контроля, пневматической 7 и гидравлической 8 магистралей, платформы и видеокамеры,

Расходная емкость 1 содержит сильфон с дном 9, герметично соединенным с обо-. лочкой емкости. Сильфон с дном делит внутренний объем расходной емкости на две погости, жидкостную (внутри сильфона) и г.аз.о;вую (между оболочкой рабочей емкости . и стенкой сильфока). Внутри сильфона установлен шток 10, закрепленный на дне сильфона и пропущенный наружу через отверстие а днище емкости, снабженное уплотнением 11.

XI

О О О 4

Устройство для выполнения рабочей жидкости из емкости выполнено в виде привода линейных перемещений 2, шток которого через шарнир 12 связан со штоком сильфона. Сменная модель объекта 5 снабжена смесителем 6 для подачи газожидкостной смеси внутрь модели, внутрибаковым капиллярным устройством 13, а также штуцерами Ш1 - Ш6 для подсоединения с пневматическими и гидравлическими магистралями стенда. При этом штуцер Ш1 является заправочносливным штуцером модели, штуцер Ш2 - дренажным штуцером внутрибакового капиллярного заборного устройства, штуцер ШЗ служит для дренажа всей модели, штуцер Ш4-для подачи рабочей жидкости с целью смыва мелких пузырьков газа с поверхности мелкоячеистой сетки капиллярного заборного устройства, штуцеры Ш5 - Ш6 служат для замера перепада давления между полостью капиллярного заборного устройства и внутренним объемом сменной модели.

В свою очередь смеситель 6 снабжен штуцером Ш7 для подачи жидкости и штуцером Ш8 для подачи газа внутрь смесителя.

На пневматической магистрали 7, соединяющей газовую полость расходной емкости с моделью, установлена прозрачная индикаторная емкость 14, которая через управляющий клапан 15 соединена с дренажным штуцером Ш2, а через трехходовой кран 16, в зависимости от его положения, соединена с дренажным штуцером ШЗ модели объекта или со штуцером Ш8 смесителя 6. В положении Заправка-слив трехходовой кран соединяет пневмомагист- раль со штуцером ШЗ, а в положении Эксперимент - со штуцером LU8.

Гидравлическая магистраль стенда выполнена разветвленной в виде двух трубопроводов, на одном из которых установлен насос 17, соединенный через датчик расхода 18 и регулятор расхода 19 со штуцером Ш4 сменной модели объекта, а через регулятор расхода 20 со штуцером Ш7 смесителя.

На другом трубопроводе, соединенном с заправочным штуцером Ш1 модели установлен датчик сплошности 21 и датчик визуального наблюдения 22 за потоком рабочей жидкости. В гидравлической магистрали установлены параллельно друг другу нормально закрытые электроклапаны 23. Наличие двух клапанов позволяет увеличить проходное сечение для потока рабочей жидкости в месте прохождения ее через электроклапан, причем масса двух спаренных таким образом клапанов оказались меньше массы одного клапана с проходным сечением, равным суммарному проходному сечению выше указанных электроклапанов..

Все составные части, агрегаты, элементы и магистрали стенда смонтированы на

платформе 24 (фиг. 3), снабженной устройством для ее вращения 25 (фиг. 3). Это устройство выполненное в виде неподвижного вала 26 (фиг. 1) с подшипниками, на которых установлена платформа 24, редуктора 27 с

0 обгонной муфтой, закрепленной на валу 26, и привода 28 (фиг. 1, 4).

Для регистрации гидродинамических процессов в условиях невесомости на стенде установлена видеокамера 29 (фиг. 4). В

5 качестве рабочей жидкости используется - Карбогал по ТУ 95 - 1693-88. Карбогал - из жидкостей семейства перфторанов. Одним из достоинств этой жидкости является то, что она не взаимодействует с материа0 лом стенки модели объекта, что позволяет в течении длительного времени сохранять ее прозрачные свойства во время космического полета.

Работа стенда при проведении гидроди5 намических испытаний в условиях невесомости осуществляется следующим образом.- Стенд, расходная емкость которого заправлена рабочей жидкостью, устанавливается на космический летательный аппарат,

0 который выводится на орбиту.

В стенде устанавливается очередная сменная модель объекта, штуцеры Ш1 - Ш6. которой и штуцеры Ш7- Ш8 смесителя подсоединяются к соответствующим пневмати5 ческим и гидравлическим магистралям стенда. Далее производится заправка модели рабочей жидкостью. Для чего отрываются электроклапаны 23, трехходовой кран устанавливается в положение Заправка- 0 слив, регуляторы расхода 19, 20 закрываются.

В результате этого жидкостная полость расходной емкости сообщается со штуцером LU1 модели объекта, а газовая полость

5 расходной емкости соединяется с дренажными штуцерами Ш2 и ШЗ модели.

Затем платформа с помощью привода 28 через редуктор 27 с обгонной муфтой раскручивается до необходимого числа обо0 ротов. Во время вращения платформы включается привод 2, при линейных перемещениях штока которого, связанного со штоком расходной емкости, рабочая жидкость из последней вытесняется в модель

5 объекта через электроклапаны 23, датчик сплошности 21 и датчик визуального наблюдения 22.

Под действием центробежных сил жидкость в модели при ее заполнении приливает в ней к заправочносливному штуцеру LU1

и освобождается от газовых включений. Во время заправки дренаж газа из самой модели объекта и капиллярного заборного устройства осуществляется через штуцеры Ш2, ШЗ, электроклапан 15, трехходовой кран 16, прозрачную индикаторную емкость 14 в газовую полость расходной емкости.

Контроль за заполнением и дренажом модели и капиллярного заборного устройства, ведется визуально по наблюдению за прозрачной моделью объекта и прозрачной индикаторной емкостью:

После заполнения модели рабочей жидкостью до заданного объема; что обеспечивается соответствующей установкой регулятора хода штока привода 4. После заполнения модели объекта до определенного уровня закрывается клапан 15, обесточивается привод вращения 28 и останавливается платформа. Затем регуляторы 19 и 20 устанавливаются в положение соответствующее условиям проведения эксперимента, а трехходовой кран 1 б в положение Заправка-слив.

Непосредственно перед проведением эксперимента устанавливают регуляторы длины и скорости хода штока привода линейных перемещений в требуемое положение. После чего подают напряжение на привод, усилие от которого через его шток и шток сильфона передается на дно сильфо- на..Сильфон разжимается, тем самым в его жидкостной полости создается разрежение и жидкость через штуцер LU1, датчик визуального наблюдения 22, датчик сплошности 21, клапаны 23 перетекает в сильфон. При перетекании жидкости из модели объекта в сильфон, гидродинамические процессы, происходящие внутри модели, регистрируются с помощью видеокамеры 29 (фиг. 4).

Путем установки различной длины и скорости хода соответствующих регуляторов создается возможность воспроизводитьразличные режимы гидродинамических процессов с модели объекта с капиллярным заборным устройством. Кроме того, при исследованиях, связанных в основном с функционированием капиллярного заборного устройства при различном газосодержании рабочей жидкости, в процессе елива с помощью смесителя газожидкостная смесь подается внутрь модели объекта. Для чего трехходовой кран устанавливается в положение Эксперимент., подключая газовую магистраль к смесителю, включается насос 17, при работе которого часть рабочей жидкости из модели объекта отбирается через штуцер Ш1 и подводится к штуцеру Ш7 смесителя.

Для повышения чистоты- проведения эксперимента при сливе жидкости из модели периодически проводят смыв мелких пузырей с капиллярного заборного устройства потоком рабочей жидкости, подаваемой от насоса при определенном положении регулятора 19.

Измерение перепада давления на-сетке капиллярного заборного устройства при

проведении экспериментов на указанных оежимах и условиях, осуществляется задублированными дифференциальными датчиками давления 30.

Установка позволяет исследовать гидродинамические процессы в условиях невесомости различных моделей с капиллярными заборными устройствами. После окончания эксперимента путем включения вращения установки определяют остатки незабора рабочей жидкости в модели объекта по которым судят о качестве капиллярного заборного устройства.

Таким образом, стенд в отличие от прототипа позволяет осуществлять строго дозированную заправку и слив определенного количества рабочей жидкости из модели объекта. При этом слив рабочей жидкости может осуществляться в более широком диапазоне режимов; повысить точность определения остатков незабора жидкости капиллярными заборными устройствами и сравнивать между собой капиллярные заборные устройства различной конструкции; проводить исследования гидродинамических процессов на рабочей жидкости полностью очищенной от газовых включений; осуществлять регулирование газосодержания в рабочей жидкости; снять ограничение по объему и продолжительности проведения исследований на стенде.

За счет вышеуказанных преимуществ при использовании заявленного стенда достигается поставленная цель изобретения - расширение функциональных возможностей по проведению исследований и повышения точности их проведения.

Формула изобретения Стенд для исследования гидродинамических процессов в топливных баках летательных аппаратов с капиллярными заборными устройствами в условиях невесомости, содержащий расходную емкость с гибким элементом для разделения ее объема на газовую и жидкостную полости, сообщенную со сменной моделью объекта, снабженной внутрибаковым капиллярным устройством со штуцерами, устройство для вытеснения рабочей жидкости, элементы управления, автоматики и контроля, пневмагические и гидравлические магистрали, а также платформу для монтажа составных частей, магистралей и элементов стенда, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей стенда по проведению исследований и повышения точности их проведения, в нем расходная емкость снабжена сильфоном с дном, герметично соединенным с ее оболочкой, установленным внутри сильфона штоком, закрепленным на дне сильфона и пропущенным наружу через отверстие в днище расходной емкости, снабженное уплотнением, при этом устройство для вытеснения рабочей жидкости выполнено в виде привода линейных перемещений со штоком, связанным через шарнир со штоком сильфона.и снабженного регуляторами скорости и длины хода штока привода, а съемная модель объекта снабжена смесителем для подачи газожидкостной смеси внутрь

модели, при этом на пневмомагистрали установлена прозрачная индикаторная емкость, которая через управляющий клапан соединена с одним из дренажных штуцеров

модели, а через трехходовой кран соединена с другим дренажным штуцером модели и со смесителем, причем гидравлическая магистраль выполнена разветвленной в виде двух трубопроводов, на одном из которых

установлен насос, соединенный через датчик и регуляторы расхода-со сменной моделью и смесителем, а на другом, соединенном с заправочно-сливным штуцером модели, установлены датчик сплошности и датчик визуального наблюдения за потоком рабочей жидкости, кроме того, платформа снабжена устройством ее вращения, выполненным в виде неподвижного вала с подшипниками для установки платформы, редуктора с обгонной муфтой, закрепленной на валу, и привода.

Изобретение относится к ракетно-кос- мической технике и может быть использова но при испытании ее элементов, преимуидёстйеннб Капиллярных заборных устройств . Цель изобретения - расширение функциональных во зможнбстей стенда по проведению исследований и повышение точности их проведения. Стенд содержит расходнунэ емкость с приводом линейных перемещений, снабженных регуляторами скорости и длины хода штока привода. Сменная модель объекта имеет смеситель, капиллярное устройство, штуцера и соединена, магистралями с элементами управления; автоматики и контроля с сйльфоном и газовой полостью расходной емкости. Силь: фон имеет подвижное дно с Штоком, связанным с .штоком привода, линейных перемещений через шарнир, 4 ил. СП с