способ контроля качества изготовления сопел ракетных двигателей, работающих на металлосодержащем топливе
Классы МПК: | F02K9/96 отличающиеся специальными устройствами для испытания или проверки и измерений F02K9/97 ракетные сопла |
Автор(ы): | |
Патентообладатель(и): | Рылов Валентин Павлович (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2003-07-09 публикация патента:
27.07.2005 |
Способ контроля качества изготовления сопел ракетных двигателей, работающих на металлосодержащем топливе, включает проведение огневого стендового испытания одного выбранного из партии двигателя, обработку результатов измерений, включающую определение тяговых характеристик сопла и сравнение результатов этих испытаний с результатами испытаний с применением эталонного сопла. В качестве эталонного сопла используют сопло, удовлетворяющее условию с=[(1-zm)2· t1]/{[1-Zm-Zm· (kz-1)]· tp}, где с - коэффициент расхода сопла; zm - массовая доля металла в ракетном топливе; t1 - расходный комплекс продуктов сгорания без учета экзотермических реакций горения металла; tp - расчетный расходный комплекс продуктов сгорания ракетного топлива; kz=z/zm - массовое число реакции горения металла; z - массовая доля конденсированных продуктов сгорания в составе продуктов сгорания ракетного топлива. Изобретение снизит вероятностную составляющую в процессе контроля качества изготовления сопла. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Формула изобретения
1. Способ контроля качества изготовления сопел ракетных двигателей, работающих на металлосодержащем топливе, заключающийся в проведении огневого стендового испытания одного выбранного из партии двигателя, обработке результатов измерений, включающей определение тяговых характеристик сопла и сравнении результатов этих испытаний с результатами испытаний с применением эталонного сопла, отличающийся тем, что в качестве эталонного сопла используют сопло, удовлетворяющее условию c=[(1-zm)2· t1]/{[1-zm-zm· (kz-1)]· tp}, где с - коэффициент расхода сопла; zm - массовая доля металла в ракетном топливе; t1 - расходный комплекс продуктов сгорания без учета экзотермических реакций горения металла; tp - расчетный расходный комплекс продуктов сгорания ракетного топлива; kz=z/zm - массовое число реакции горения металла; z - массовая доля конденсированных продуктов сгорания в составе продуктов сгорания ракетного топлива.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что о качестве изготовления сопел ракетных двигателей судят по величине расхождения коэффициента расхода испытуемого сопла со значением с.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области ракетных двигателей.
Контроль качества изготовления элементов ракетных двигателей проводится соответствующими испытаниями [1].
Тяговые характеристики сопел двигателей зависят от геометрического профиля сопла. Течение двухфазных продуктов в сопле сопровождается температурным и скоростным отставаниями, коагуляцией, дроблением и конденсацией частиц [2]. Точный учет этих явлений в расчетах реальных течений не разработан, комбинированием их характеристик и математических моделей расчета профиля сопла для одного и того же двигателя можно получить несколько эталонных профилей сопла, удовлетворяющих определенным оптимизационным критериям.
В способе отбраковки жидкостных ракетных двигателей [3], структурно являющемся аналогом изобретения и заключающемся в проведении огневых стендовых испытаний (ОСИ) с измерением давлений, обработке результатов измерений, не учтены явления, обусловленные двухфазностью продуктов сгорания, так как контроль качества изготовления сопел ракетных двигателей проводится ОСИ и последующим сравнением результатов испытаний, полученных при комплектации двигателя контролируемым соплом с результатами испытаний, полученных с применением эталонного сопла, однако вариационный подход в определении характеристик эталонного сопла вносит вероятностную составляющую в процесс контроля качества.
Техническим результатом изобретения является снижение вероятностной составляющей в процессе контроля качества изготовления сопла.
Технический результат достигается тем, что контроль качества изготовления сопел проводят ОСИ одного выбранного из партии двигателя с измерением параметров его работы, обработкой результатов измерений, включающей определение тяговых характеристик сопла и сравнение результатов этих испытаний с результатами испытаний с применением эталонного сопла, удовлетворяющего условию
с=[(1-zm)2 t1]/{[1-zm-zm(k z-1) tp}, где
с - коэффициент расхода эталонного сопла;
z m - массовая доля металла в ракетном топливе;
t1 - расходный комплекс продуктов сгорания без учета экзотермических реакций горения металла;
tp - расходный комплекс продуктов сгорания ракетного топлива;
kz=z/zm - массовое число реакции горения металла;
z - массовая доля конденсированных продуктов сгорания в составе продуктов сгорания ракетного топлива,
а о качестве изготовления сопел ракетных двигателей судят по величине расхождения коэффициента расхода испытуемого сопла со значением c.
Формула для расчета c является одним из частных решений общего уравнения неразрывности применительно к камере сгорания ракетного двигателя как каналу с газофазными реакциями в ограниченном трактом потоке, содержащем частицы, приведенном к канонической форме. Коэффициент расхода, определенный по этой формуле, является максимально достижимым коэффициентом расхода сопла. Химический состав топлива, его энтальпия и расчетное давление в камере сгорания необходимы и достаточны для термодинамических расчетов параметров состояния продуктов сгорания по известным (напр., [2]) методикам.
Данные по c, z, kz для некоторых ракетных топлив на режиме максимального удельного импульса с использованием данных [4] приведены в таблице.
Таблица | ||||
Окислитель | Горючее | kz | z | с |
27%-ный азотно-кислотн. АК-27И /5/ | Ксилидинотриэтиламиновая смесь ТГ-02 /5/+50% алюминия | 1,689 | 0,434 | 0,917 |
Азотный тетраксид | То же | 1,742 | 0,328 | 0,973 |
То же | 60% гидразин + 40% алюминий | 1,715 | 0,442 | 0,983 |
Перекись водорода | То же | 1,85 | 0,524 | 0,975 |
То же | Гидрид бериллия | 1,838 | 0,713 | 0,67 |
Способ реализуется следующим образом. Проводится ОСИ двигателя с контролируемым соплом и испытание этого двигателя с применением эталонного сопла с измерением параметров работы двигателя и расходов компонентов топлива. Проводятся термодинамические расчеты параметров состояния продуктов сгорания и определяются коэффициенты расхода контролируемого д и эталонного сопел. Сравнением значений коэффициентов, например отношения д/ с<1,0, определяется качество изготовления сопла.
Практическое значение способа состоит в совершенствовании ракетных двигателей на металлосодержащем топливе.
Литература:
1. Космонавтика. Маленькая энциклопедия. Гл. ред. В.П.Глушко, 2-е изд., доп., М., “Советская энциклопедия”, 1970.
2. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П. Теория ракетных двигателей. М., “Машиностроение”, 1980.
3. Способ отбраковки жидкостных ракетных двигателей малой тяги и устройство для его осуществления. Патент РФ №2002973.
4. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания. Справ., в 10 т., М., ВИНИТИ АН СССР, 1971-1980.
5. Большаков Г.Ф. Химия и технология компонентов жидкого ракетного топлива. Л., “Химия”, 1983.
Класс F02K9/96 отличающиеся специальными устройствами для испытания или проверки и измерений