Материал: Ракетно-космическая техника и технология 2015. тез. докл. Российской науч.- техн. конф., посвященной 50-летию первого запуска РН «Протон» 16 июля 1965 года. Федеральное космическое агентство

Литература

1.Колесников К.С. Продольные колебания ракеты с жидкостным ракетным двигателем. – М.: Машиностроение. 1971г.– 260с.

2.Шевяков А.А., Калнин В.М., Науменкова Н.В., Дятлов В.Г. Теория автоматического управления ракетными двигателями. – М.: Машиностроение. 1978–288с.

3.Гликман Б.Ф. Автоматическое регулирование жидкостных ракетных двигателей. – М.: Машиностроение. 1974.–396с.

4.Волков Е.А. Численные методы. – М.: Наука,1987.–254с.

5.Роман С. Использование макросов в Excel. 2-е изд. – СПб:

Питер, 2004.–507с.

6.Уокенбах Дж. Excel 2010: профессиональное программирование на VBA. Пер с англ. – М.: ООО «И.Д. Вильямс», 2012.–944с.

УДК 681.518.54

УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ В НАЗЕМНЫХ УСЛОВИЯХ

М.А.Игнатенко, ВГТУ, студент

В.И. Пригожин, КБХА, канд. техн. наук

При наземных испытаниях ракетных двигателей, предназначенных для использования в верхних слоях атмосферы или космосе, для определения их характеристик, в первую очередь таких как тяга, задержка воспламенения, тепловой режим в камере сгорания, устойчивость процесса горения, надежность и ресурс работы агрегатов двигателя, необходимо понизить противодавление в выходном сечении сопла настолько, чтобы получить безотрывное течение газа в его сверхзвуковой части.

Понижение противодавления на выходе из сопла, позволяющее предотвратить отрыв потока газа от его стенок, можно обеспечить применением барокамер, вакуумных насосов, эжекторов и выхлопных диффузоров. Они могут быть применены в отдельности

90

или в различных комбинациях. В настоящее время существуют три способа создания условий, имитирующих высотные..

1. Проходящий испытания двигатель помещается в емкость довольно большого объема (барокамеру), в которой создается разрежение путем откачки воздуха вакуумными насосами. В ходе испытаний продукты сгорания выбрасываются в эту емкость. Чтобы как то компенсировать повышение давления в барокамере, вызванное истечением газов с высокой температурой, применяется охлаждение тракта жидкими гелием или азотом, с целью нейтрализации роста давления за счет конденсации водяных паров и углекислого газа. Рассматриваемые высотные камеры для испытания натурных двигателей верхних ступеней ракет являются достаточно дорогими и громоздкими. Указанный способ может найти применение лишь для испытаний двигателей малых тяг, исполнительных органов систем ориентации и стабилизации космических аппаратов.

2.Для создания высотных условий на стенде используется понижение давления за счет эжекторного эффекта, вызванного потоком вторичного газа. При этом массовый секундный расход газа вторичного потока может значительно превосходить массовый секундный расход основного газового потока - продуктов сгорания. Это также приведет к существенному возрастанию габаритных размеров стендового оборудования и стоимости испытаний.

3.Следующий, третий способ создания высотных условий при стендовых огневых испытаниях ракетных двигателей характеризуется использованием сравнительно небольшой вакуумированной емкости с присоединенным к ней диффузором. В этом случае понижение давления достигается за счет эжекторного эффекта истекающих продуктов сгорания. Конструкция выхлопных

диффузоров относительно проста, и они недороги в изготовлении. Их недостатком является необходимость, в случае изменения двигателя или его габаритных размеров, замены диффузора. В настоящее время такой способ вакуумирования является основным на стендах.

Простейшим выхлопным диффузором (рис.1) для ракетного двигателя является прямая цилиндрическая труба 1, присоединенная либо непосредственно к выходному сечению сопла

91

двигателя, либо к камере 3, в которой находится двигатель 2. Последний закреплен на станке 5, устройство 4 измеряет тягу.

Выхлопной диффузор можно рассматривать как осесимметричную трубу, присоединенную к плоскости выходного сечения сопла причем продольная ось диффузора совпадает с осью сопла. Кинетическая энергия выхлопных газов, выходящих из сопла двигателя, используется для понижения противодавления за соплом, чтобы получить в нем безотрывное течение. Однако понижение противодавления, достаточное для обеспечения безотрывного течения, может быть получено только при определенных режимах работы ракетного двигателя.

Рис. 1. Диффузор, присоединяемый к вакуумной камере, в которой установлен ЖРД

Восстановление давления в диффузоре осуществляется посредством системы последовательных ударных волн и

соответствовать расчетным, обеспечиваемым диффузором. При этом необходимо выяснить, каким для данного двигателя с конкретным диаметром критического сечения dкр должен выбираться диаметр диффузора и каким должно быть отношение длины этого диффузора L к его диаметру dд. Требуемое отношение dд/dкр может быть определено с помощью графической

92

зависимости, типа представленной на рис. 2, полученной экспериментально.

Рис.2. Зависимость геометрических характеристик диффузоров (типа цилиндрической трубы) от параметров испытываемого двигателя

1 - вакуумная камера; 2 - вторая горловина; 3 - поток; 4 - сопло; 5 - диффузор; 6 - дозвуковая часть диффузора; 7 - клапан;

8 - вакуумный насос;9 - отбрасываемая заслонка Рис. 3. Схема установки сопло двигателя – диффузор – вакуумная

камера

По назначенному давлению, обычно выбираемому меньше давления в камере сгорания рк, и известному dкр, определяем по

93

графику dд. Длина диффузора на основании опыта выбирается из условия L/dд≥5.

Увеличение отношения pк/pн с целью обеспечения запуска двигателя с безотрывным течением в сопле возможно путем организации в начальный момент эжектирования вторичного газа, подаваемого в выходное сечение диффузора; отсоса первичного газа вблизи входа во вторую горловину диффузора или путем постановки вакуумной камеры на выходе из диффузора. Последняя схема представлена на рис 3.

Литература

1.Глушко В.П. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания: справочник /В.П. Глушко. – М.: Машиностроение, 1975.–545с.

2.Алемасов В.Е. Теория ракетных двигателей: учеб.пособие для вузов / В.Е. Алемасов, А.Ф. Другалин, А.П. Тишин. – М:, Машиностроение, 1980.–536с.

3.Бережинский Р.А. Конструкция и проектирование ЖРД: учебное пособие / Р.А. Бережинский, С.Г. Валюхов, В.А. Коробченко. – Воронеж: ВГТУ, 2002.–165с.

УДК 621.454.2

ПРОБЛЕМЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ЗАПУСКЕ И ОСТАНОВКЕ ЖРД

А.А. Кудрявцев, студент группы РД-111, тел. +7(950)-759-3764

А.В. Баскаков,КБХА, ведущий конструктор

Запуск и остановка ЖРД – ответственные и сложные режимы работы. Это связано с тем, что в этот период большинство систем двигателя работает на нестационарных режимах: включаются и выключаются многочисленные клапаны, возникают гидравлические удары и вибрации; при запуске происходит раскрутка ТНА и нарастание давления подачи; начинается поступление компонентов в камеру и ЖГГ и их горение. При останове прекращается поступление компонентов в камеру и ЖГГ, опорожняются полости за отсечными клапанами.

94