Патент на изобретение №2257485

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОПЕЛ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, РАБОТАЮЩИХ НА МЕТАЛЛОСОДЕРЖАЩЕМ ТОПЛИВЕ

(57) Реферат:

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-z_m)²· _t1]/{[1-Z_m-Z_m· (k_z-1)]· _tp}, где _с – коэффициент расхода сопла; z_m – 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; k_z=z/z_m – 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.

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-z_m)² _t1]/{[1-z_m-z_m(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;

k_z=z/z_m – 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, k_z 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.

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-z_m)²· _t1]/{[1-z_m-z_m· (k_z-1)]· _tp}, где _с – коэффициент расхода сопла; z_m – 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; k_z=z/z_m – 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.