СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ МАЛОЙ ТЯГИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Советский патент 1996 года по МПК G01M15/00 

Изобретение касается измерений основных параметров, характеризующих работу ракетного двигателя малой тяги. Преимущественная область использования техническая диагностика (определение основных параметров) ракетных двигателей малой тяги и экспериментальное исследование их внутрикамерных рабочих процессов.

Целью изобретения является повышение точности измерения разности потенциалов между камерой сгорания и продуктами сгорания путем уменьшения зависимости измеряемой разности потенциалов от электрического потенциала космического летательного аппарата или испытательного стенда.

Предлагаемый способ и устройство для определения основных параметров ракетных двигателей малой тяги базируются на физических свойствах продуктов сгорания, характере взаимодействия продуктов сгорания с конструкцией двигателя и на особенностях измерения разности потенциалов между заряженными телами.

Продукты сгорания такого ракетного топлива как несимметричный диметилгидразин [HДМГ, (СН₃)₂N₂H₂] и азотный тетраксид (N₂O₄) содержат электрические заряды положительные и отрицательные ионы, которые образуются в результате химического взаимодействия горючего и окислителя. Концентрация электрических зарядов в продуктах сгорания определяется величиной расхода топлива, соотношением масс горючего и окислителя, режимом работы двигателя, особенностями смешения горючего и окислителя в камере сгорания конкретного двигателя.

Особенностью взаимодействия продуктов сгорания со стенкой камеры сгорания является то, что положительно заряженные ионы, находящиеся вблизи стенки камеры сгорания, отдают свой заряд стенке, электрически соединенной с землей, которая имеет избыточный отрицательный заряд. В результате такого взаимодействия в пристеночном слое продуктов сгорания появляются избыточные отрицательные заряды. И, если теперь в пристенную область продуктов сгорания поместить специальные электроды, электрически изолированные от стенки камеры сгорания, и измерить разность потенциалов ΔΦ между этими электродами и стенкой камеры сгорания, то по величине ΔΦ можно судить об основных параметрах ракетного двигателя. Серьезным недостатком такого способа определения разности потенциалов ΔΦ является то, что при измерениях необходимо очень качественное заземление стенда, а при измерениях в условиях космического летательного аппарата его электрический потенциал вообще не является постоянной величиной, учитывать же изменение электрического потенциалоа космического летательного аппарата достаточно сложно.

На фиг.1 изображен вид спереди на устройство, с помощью которого реализуется предлагаемый способ; на фиг.2 то же, вид сверху.

Предлагаемое устройство состоит из четырех электродов 1-4, представляющих собой части полого цилиндра из сетки, выполненной из стали Х18Н10Т. При этом пара внутренних электродов 1 и 3 соединена с источником постоянного тока 5, а пара внешних электродов 2 и 4 электрически соединена с измерительной цепью, включающей в себя усилитель электрического сигнала 6, выпрямитель 7 и регистрирующий прибор 8. На фиг.1 в нижней части приведен вид сопла и электродов снизу. Внутренние электроды 1 и 3 расположены на расстоянии 2-3 мм от нижней кромки среза сопла. Зазор между электродами 1 и 2, а также между 3 и 4 составлял 2,5-3,0 мм.

В процессе работы ракетного двигателя предлагаемый способ на описанном выше устройстве реализуется следующим образом.

Истекающие из сопла 9 продукты сгорания 10 на выходе из сопла расширяются в вакууме, вследствие чего приобретают радиальную составляющую скорости и пронизывают сетчатые электроды 1-4. В продуктах сгорания за счет химической ионизации имеются отрицательно и положительно заряженные ионы. Так как внутренние электроды 1 и 3 соединены с источником постоянного тока, то между ними существует электрическое поле, благодаря которому отрицательно заряженные ионы, контактирующие с электродом 3, отдают ему свой отрицательный заряд. Таким образом, после электрода 3 в продуктах сгорания наблюдается избыток положительных зарядов. Аналогичный процесс наблюдается и на электроде 1, после которого в продуктах сгорания создается избыток отрицательных зарядов. Вследствие описанного выше разделения электрических зарядов к электродам 2 и 4 подходят по-разному заряженные части продуктов сгорания, между которыми таким образом создается разность потенциалов ΔΦ. Эта разность потенциалов ΔΦ регистрируется с помощью измерительной цепи 6, 7, 8.

Изобретение касается измерений основных параметров, характеризующих работу ракетного двигателя малой тяги. Целью изобретения является повышение точности измерения разности потенциалов между камерой сгорания и продуктами сгорания путем уменьшения зависимости измеряемой разности потенциалов от электрического потенциала космического летательного аппарата или испытательного стенда. Истекающие из сопла 9 продукты сгорания 10 на выходе из сопла расширяются в вакууме, вследствие чего приобретают радиальную составляющую скорости и пронизывают сетчатые электроды 1 - 4. В продуктах сгорания за счет химической ионизации имеются отрицательно и положительно заряженные ионы. Так как внутренние электроды 1 и 3 соединены с источником постоянного тока, то между ними существует электрическое поле, благодаря которому отрицательно заряженные ионы, контактирующие с электродом 3, отдают ему свой отрицательный заряд. После электрода 3 в продуктах наблюдается избыток положительных зарядов. Аналогичный процесс наблюдается и на электроде 1, после которого в продуктах сгорания создается избыток отрицательных зарядов. Вследствие описанного выше разделения электрических зарядов к электродам 2 и 4 подходят по-разному заряженные части продуктов сгорания, между которыми таким образом создается разность потенциалов. Эта разность потенциалов регистрируется с помощью измерительной цепи 6, 7, 8. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения основных параметров ракетных двигателей малой тяги, основанный на электрических свойствах продуктов сгорания и заключающийся в том, что измеряют разность потенциалов между камерой сгорания и продуктами сгорания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения разности потенциалов между камерой сгорания точности измерения разности потенциалов между камерой сгорания и продуктами сгорания путем уменьшения зависимости измеряемой разности потенциалов от электрического потенциала космического летательного аппарата или испытательного стенда, из одной части продуктов сгорания удаляют положительные заряды, а из другой части продуктов сгорания удаляют отрицательные заряды и измеряют разность потенциалов между этими двумя по-разному заряженными частями продуктов сгорания. 2. Устройство для определения основных параметров ракетных двигателей малой тяги, содержащее последовательно соединенные усилитель, выпрямитель электрического сигнала и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения разности потенциалов между камерой сгорания и продуктами сгорания путем уменьшения зависимости измеряемой разности потенциалов от электрического потенциала космического летательного аппарата или испытательного стенда, электроды выполнены в виде двух пар параллельно друг другу и оси двигателя частей полого цилиндра из сетки, при этом два внутренних электрода соединены с источником постоянного тока, а два внешних электрода соединены с входами усилителя.