Высотный стенд для испытаний ракетных двигателей

 

Использование: в области ракетной техники и может быть использовано при наземной обработке двигателей в высотных условиях. Сущность изобретения: высотный стенд снабжен исполнительным механизмом, выполненным в виде гидровыключателя 8 с приводом 7 и задвижкой 6. В стенке барокамеры выполнено окно с расчетной площадью F ок: 0,4·F_тр≅F_ок≅F_тр. Задвижка 6 установлена на наружной стенке барокамеры с возможностью перекрытия окна и соединена с приводом 7 исполнительного механизма. Гидровыключатель имеет корпус 1, внутри которого в сообщающихся через полость цилиндрического стакана 2 цилиндрических полостях установлены поршни 7 и 6 с хвостовиками. Работа последних управляется давлением испытуемого двигателя при участии стопора, толкателей и регуляторов, корпуса которых установлены на корпусе 1 гидровыключателя. Штоки регуляторов взаимодействуют с контактной системой гидровыключателя, обеспечивая программное подключение силовой обмотки привода к источнику электропитания. В период запуска двигателя окно открыто и через него стравливается газ, оттесняемый газовым поршнем в барокамеру из газового тракта диффузора. Этим предотвращается пик давления в барокамере в начале работы двигателя. Перед запуском диффузора окно в результате срабатывания гидровыключателя и привода закрывается. Непосредственно перед срывом диффузора окно автоматически открывается вследствие второго срабатывания гидровыключателя и привода, и холодный газ окружающей среды заполняет барокамеру. Расход холодного газа более чем в 60 раз превосходит расход горячего газа, устремляющегося в барокамеру из диффузора после срыва. Благодаря этому предотвращается пик температуры в барокамере в конце работы двигателя. 1 з.п. ф-лы, 16 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при наземной отработке двигателей в высотных условиях.

Наземные испытания ракетных двигателей с имитацией полетных условий проводят на высотных стендах, которые в зависимости от высотности сопла, массы расходуемого топлива и исследуемых режимов работы двигателя, подразделяются на три основных типа, изложенные на с. 19 книги [1] Основным вопросом при подготовке высотных испытаний ракетных двигателей является вопрос обеспечения безаварийности их проведения. В связи с этим к высотным стендам предъявляются повышенные требования по обеспечению условий испытаний максимально приближенных к полетам на протяжении всего времени работы двигательной установки (ДУ). Нарушения таких требований, связанные с возникновением недопустимо высоких нерасчетных механических и тепловых нагрузок на испытуемый двигатель, на стенд или на датчиковую аппаратуру могут привести к отказу их работы, а в ряде случаев к разрушению (аварийному исходу).

Таким образом, вопросы повышения надежности и качества высотных испытаний, т. е. уменьшение вероятности разрушений двигателя, стендового оборудования и обеспечение условий испытаний на стенде, максимально приближенных к полетным, являются актуальными.

При проведении высотных испытаний крупногабаритных РДТТ верхних ступеней ракет с определением энергетических характеристик двигательных установок, проверкой работоспособности органов управления РДТТ и неохлаждаемых сопел широкое применение находят стенды, относящиеся ко второму типу [1] с. 19, 20, рис. 1, 9, в, 2. Они включают барокамеру и диффузор, который крепится к выходному отверстию барокамеры. Разрежение в барокамере на таких стендах создается эжектирующим действием струи продуктов сгорания топлива испытуемого двигателя.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является, выбранный в качестве прототипа, часто применяемый высотный стенд второго типа, на котором испытуемый двигатель располагается в барокамере только сопловой частью. Конструктивная схема стенда-прототипа приведена на фиг. 1 настоящей заявки. Он включает диффузор 1 и барокамеру 2 с датчиковой аппаратурой 3. Запуск диффузора при испытании двигателя 4 на таком высотном стенде описан в работе [1] на с. 76 и в работе [2] на с. 151, 152 на основе рассмотрения одномерной модели течения с образованием волн сжатия и разрежения малой интенсивности.

Он представлен следующим образом. После разрыва сопловой заглушки в период воспламенения твердого топлива продукты сгорания, истекающие в диффузор, частично перемешиваются с воздухом, сжимают его и вытесняют из канала. Резкое возрастание притока газов в диффузор (возникновение "газового поршня") сопровождается появлением волны сжатия, распространяющейся по нему со скоростью а_н (а_н скорость звука в воздухе). При отражении волны сжатия от выхода из диффузора возникает волна разрежения той же амплитуды, движущаяся в противоположном направлении со скоростью а_н. В момент (промежуток времени соответствует процессу отражения волны от открытого конца диффузора) волна разрежения приходит к входу в диффузор, и по всей его длине избыточное внутреннее давление уменьшается до нуля (Lтр длина диффузора, dтр диаметр диффузора). Поскольку интенсивность волны сжатия увеличивается с ростом расхода газа из двигателя, то наибольшая величина внутреннего давления в месте стыковки двигателя и диффузора достигается при максимальном значении расхода в промежутке времени . Нарастание давления в канале происходит одновременно с выходом двигателя на режим и почти полностью определяется соотношением в бегущей волне P₁/P_h, P₁ - давление во фронте волны сжатия.

При уменьшении давления в ракетном двигателе ниже уровня давления срыва диффузора реактивная струя отсоединяется от его стенок. При этом возникает волна разрежения, распространяющаяся к выходу диффузора. Отразившись от выхода волна разрежения превращается в волну сжатия, распространяющуюся в направлении к двигателю и барокамере. При подходе волны сжатия к срезу сопла происходит отрыв потока от его стенок. Пройдя срез сопла, волна давления распадается на две, одна из которых входит в сопло и может привести к разрушению концевого участка тонкостенного раструба. Другая волна сжатия входит в барокамеру и, отразившись от ее стенок, усиливается (в линейном приближении в ≈ 2 раза). Это может привести к разгерметизации барокамеры при недостаточной прочности последней, вследствие резкого повышения давления в ней.

В работе [2] на рис. 4.16 приведены графики изменений относительного давления в двигателе, относительной тяги, измеряемой на вертикальном стенде, и давление разрежения в барокамере. Данный рисунок воспроизведен на фиг. 2 настоящей заявки. Из графиков видно, что в период запуска двигателя в барокамере стенда второго типа с выхлопом в атмосферу возникает пик давления. Величина его при испытании современных РДТТ может достигать Pэ 2·10⁵ Па.

По результатам высотных испытаний на стенде (фиг. 1) крупногабаритных РДТТ и полноразмерных сопловых блоков (СБ) с применением жидкостного газогенератора (ЖГГ), приведенных на фиг. 3, 4, 5 и 6, авторами заявки проведен дополнительный анализ газодинамических процессов, происходящих в барокамере и внутри диффузора в периоды его запуска и срыва.

На фиг. 3 построены временные зависимости давления Pэ и температуры Tэ в барокамере, а также относительного давления в двигателе в начальный период работы. Pкср давление срыва диффузора с учетом впрыскиваемого в газовый тракт охладителя. Пик давления Па возникает при запуске РДТТ когда давление в камере сгорания резко возрастает. Температура Тэ в барокамере во время пика давления меньше 100^oC. Пик температуры не связан с пиком давления Рэ и наблюдается при запуске диффузора.

На фиг.4, 5 для последовательных моментов времени, соответственно, в период подъема и спада давления в барокамере в период запуска диффузора построены графики изменений статического давления Ртр у стенки диффузора вдоль его длины. Анализ графиков фиг.4 показывает, что подъем давления Рэ в барокамере сопровождается повышением статического давления у стенки на всей длине диффузора. График N3 соответствует максимальному значению (пику) давления Рэ. Невысокий его уровень объясняется более плавным выходом ЖГГ на режим (по сравнению с выходом РДТТ), отсутствием в продуктах сгорания топлива ЖГГ конденсированной фазы окисла металла и в связи с этим относительно небольшой их температурой (≈ 3000 K). Распределения давлений имеют характер, близкий к симметричному относительно средней части диффузора, где уровень избыточного давления Pизб Pтр Pн максимальный. Pн давление в выходном сечении диффузора.

При снижении давления Pэ в барокамере (фиг.5) симметрия распределения статического давления у стенки относительно средней части диффузора нарушается. Скорость уменьшения давления в районе установки сопла наибольшая. Протяженность зоны с избыточным давлением Pизб>0 и уровень его уменьшаются, смещаясь к выходу из диффузора.

На фиг.6 построены временные зависимости давления Pэ и температуры Tэ в барокамере, а также относительного давления в камере сгорания РДТТ для периода окончания работы двигателя. Ркзап давление запуска диффузора без учета впрыскиваемого в газовый тракт охладителя.

Cогласно опытным данным, приведенным на фиг.6, температура Tэ в барокамере до срыва диффузора меньше 100^oC. После срыва диффузора (при ) давление Pэ в барокамере возрастает до давления окружающей среды. Подъем давления Pэ сопровождается ростом температуры Tэ в барокамере, максимальное значение которой в приведенной работе достигает ≈700^oC.

Из анализа опытных данных фиг. 3, 4, 5 и 6 следует, что при испытании РДТТ на высотном стенде (фиг. 1) после разрыва сопловой заглушки двигателя, когда заряд еще воспламеняется, внутрь диффузора врывается поток продуктов сгорания топлива. Перемешиваясь с газом исходной среды (воздухом) продукты сгорания топлива догорают и образуют внутри диффузора, в средней его части, так называемый "газовый поршень" с повышенной температурой и давлением (см. график N 2 фиг. 4). Давление в "в газовом поршне" возрастает благодаря притоку продуктов сгорания топлива, их догоранию и недостаточно интенсивному в этот период времени истечению газов из диффузора. "Газовый поршень" расширяется, оттесняет к внутренним стенкам диффузора и в барокамеру холодный газ исходной среды (воздух) и сжимает его (см. график N 3, фиг. 4). Однако возрастающий поток продуктов сгорания топлива вследствие эжектирующего действия ослабляет процесс сжатия. При достижении динамического равновесия между сжатием и эжекцией подъем давления в барокамере прекращается. В этот момент в барокамере фиксируется пик Pэ, а температура Tэ близка температура Th окружающей среды. В момент пика давления Pэ в барокамере давление Pтр в пристеночном слое диффузора на всей его длине превышает давление Ph окружающей среды. Снижение давления Pэ происходит вследствие эжекции газа из объема барокамеры усиливающейся струей продуктов сгорания топлива. Симметрия распределения давления по длине диффузора относительно его средней части нарушается, протяженность зоны с избыточным давлением Pизгб>0 и уровень его уменьшается, смещаясь к выходу диффузора. Падение давления в барокамере сопровождается расширением потока продуктов сгорания топлива (увеличением его поперечного размера), истекающих из сопла. При достаточной близости границы струи двигателя к стенкам диффузора происходит запрос продуктов сгорания топлива в барокамеру и их догорание в ней. Это приводит к резкому повышению (пику) температуры Tэ (см. фиг. 3), которая достигает максимума при выпуске диффузора, когда струя двигателя, наткнувшись на стенку диффузора прилипает к ней вблизи выходного сечения сопла. После запуска диффузора температура в барокамере устанавливается на уровне, не превышающем 100^oC.

В конце работы двигателя при срыве диффузора внутрь барокамеры прорываются раскаленные газы. Подъем давления Pэ сопровождается ростом температуры Тэ, максимальное значение которой в приведенной работе (фиг. 6) соответствует ≈700^oC.

Во время цикла давления в барокамере сопло работает с отрывом потока от внутренних стенок раструба, который находится под действием внутреннего и наружного перепада давления. Эпюра нагружения построена на фиг. 7. Расчеты по формуле из [1] относительный диаметр потока в сечении отрыва; dкр диаметр критического сечения сопла; χ коэффициент адиабаты; Pк давление в камере сгорания РДТТ; pкр газодинамическая функция; показывает, что поток отрывается внутри сопла в сечении, где давление в струе примерно в два раза меньше давления в барокамере. В связи с этим максимальный наружный перепад давления на стенках раструба определяется величиной пика давления в барокамере. Наружные, сжимающие нагрузки являются наиболее опасными для применяемых в конструкциях РДТТ тонкостенных раструбов с малой жесткостью с точки зрения их разрушения.

Итак, из выше изложенного следует, что недостатком известного высотного стенда (фиг. 1) является возникновение в барокамере большого пика избыточного давления в период запуска двигателя и большого пика температуры при срыве диффузора.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение пика избыточного давления в барокамере в период запуска испытуемого двигателя и предотвращение пика температуры в ней при срыве диффузора.

Данная задача решается за счет того, что высотный стенд снабжен исполнительным механизмом, выполненным в виде гидровыключателя с приводом, задвижкой, а в стенке барокамеры выполнено окно, при этом задвижка установлена на наружной стенке барокамеры в районе окна и соединена с приводом исполнительного механизма, а площадь окна барокамеры выбирается из соотношения: 0,4 Fтр≅Fок≅4 Fтр,
где Fок площадь окна; Fтр площадь проходного сечения трубы диффузора.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема высотного стенда, выбранного в качестве прототипа, 1-диффузор, 2-барокамера, 3-датчиковая аппаратура, 4-испытуемый двигатель.

На фиг. 2 построены графики из работы [2] график N 1 изменение относительного давления в двигателе, Pк давление в двигателе, Pкзап - давление запуска диффузора; график N 2 изменение относительной тяги ; график N 3 изменение давления разрежения в барокамере Pэ; - относительное время, tдв время работы РДТТ.

На фиг. 3 построены опытные временные зависимости давления Pэ (зависимость N 1), температуры Tэ (зависимость N 2) в барокамере, а также относительного давления (зависимость N 3) в двигателе; Pкср давление срыва диффузора с учетом впрыскиваемого в диффузор охладителя.

На фиг. 4 для последовательных моментов времени запуска ЖГГ, для периода подъема давления в барокамере, построены графики изменений статического давления Pтр у стенки диффузора вдоль его длины: график N 1 время t=0, Pк=10⁵ Па, график N 2 время t=0,025 с, Pк=7·10⁵ Па, график N 3 время t=0,05 с, Pк= 13·10⁵ Па.

На фиг. 5 для последовательных моментов времени запуска ЖГГ, для периода спада давления в барокамере, построены графики изменений статического давления Pтр у стенки диффузора вдоль его длины: график N 1 время t=0,075 с, Pк= 26·10⁵ Па, график N 2 время t=0,1 с, давление Pк=41·10⁵ Па, график N 3 время t=0,125 с, Pк=55·10⁵ Па, график N 4 время t=0,15 с, Pк=69·10⁵ Па, график N 5 время t=0,175 с, Pк=76·10⁵ Па, график N 6 время t=0,2 с, Pк=76·10⁵ Па, график N 7 время t=0,3 с, Pк=76·10⁵ Па.

На фиг. 6 построены временные зависимости давления Pэ (зависимость N 1) и температуры Tэ (зависимость N 2 в барокамере, а также относительного давления в камере сгорания РДТТ (зависимость N 3) для периода окончания работы двигателя; Pкзап давление запуска диффузора без учета охладителя, впрыскиваемого в диффузор.

На фиг. 7 представлена эпюра нагружения стенок раструба внутренним и наружным перепадом давления ΔP = Pз-Pс Pc давление внутри раструба сопла.

На фиг. 8 изображена конструктивная схема заявляемого высотного стенда с открытым окном барокамеры.

На фиг. 9 показан вид по стрелке A, указанной на фиг. 8.

На фиг. 10 изображен заявляемый высотный стенд с закрытым с помощью задвижки 6 окном барокамеры.

На фиг. 11 изображен гидровыключатель (поз. 7, фиг. 8) положение поршней с хвостовиками исходное.

На фиг. 12 изображен гидровыключатель (поз. 7, фиг. 8) после срабатывания первого толкателя, взаимодействующего с первым поршнем с хвостовиком.

На фиг. 13 изображен гидровыключатель после срабатывания второго толкателя, взаимодействующего со вторым поршнем с хвостовиком.

На фиг. 14 для испытания на заявляемом стенде построены ожидаемые зависимости давления Pэ (зависимость N 1) и температуры Tэ (зависимость N 2) от времени при изменении давления Pк в двигателе согласно зависимости N 3.

На фиг. 15 построены зависимости коэффициента соотношения между площадью Fок окна и площадью Fтр проходного сечения диффузора от относительного пика давления внутри барокамеры перед окном; зависимость N 1 соответствует пику давления Pэmax=1,88·10⁵ Па при Fок=0, зависимость N 2 соответствует пику давления Pэmax=1,75·10⁵ Па при Fок=0, зависимость N 3 соответствует пику давления Pэmax=1,5·10⁵ Па при Fок=0, начальное давление в диффузоре и в барокамере Pэн=Pн=10⁵ Па, Pн давление окружающей среды.

На фиг. 16 построены опытные производные по времени давлений Pэ в барокамерах с объемами Vэ при срывах диффузоров от производных по времени давлений Pк в камерах сгорания испытуемых двигателях, а также предельная зависимость .

Высотный стенд для испытаний ракетных двигателей (фиг. 8, 9, 10), обеспечивающий повышенную надежность и качество их проведения, содержит диффузор 1 в виде стальной цилиндрической трубы расчетной длины и диаметра, барокамеру 2, датчиковую аппаратуру 3 для замера, в том числе, термодинамических параметров (давлений, температур) вокруг части ракетного двигателя, установленной внутри барокамеры 2. В стенке барокамеры 2 выполнено окно 5, а на наружной стенке барокамеры 2 в районе окна 5 подвижно установлена задвижка 6, механически связанная с приводом 7 исполнительного механизма. Исполнительный механизм содержит электропривод 7, электрически связанный с контактной системой гидровыключателя 8, который устанавливается, например, в корпусе воспламенительного устройства ракетного двигателя 4 с помощью резьбового соединения и посредством газохода связан с камерой сгорания испытуемого двигателя 4. Площадь окна 5 барокамеры 2 выбирается из соотношения:
0,4Fтр≅Fок≅4·Fтр,
где Fок площадь окна; Fтр площадь проходного сечения трубы диффузора.

Вывод соотношения между площадями окна и трубы диффузора приведен ниже.

Гидровыключатель (см. фиг.11) выполнен в виде корпуса 1, внутри которого образованы две цилиндрические, параллельно расположенные полости "А" и "Б". Снаружи корпуса 1 установлен цилиндрический стакан 2 с входным отверстием 3. Цилиндрический стакан 2 снаружи имеет резьбу для установки гидровыключателя, например, в корпус воспламенительного устройства ракетного двигателя. Полость "В" стакана 2 сообщена с параллельно расположенными цилиндрическим полостями "А" и "Б" посредством отверстий 4. В цилиндрическом стакане 2 установлен поршень 5, а в цилиндрических полостях "А" и "Б" установлены поршни с хвостовиком 6 и 7, соответственно. Консольные части хвостовиков поршней с хвостовиками 6 и 7 расположены в отверстиях 8 и 9, соответственно, и выходят наружу со стороны корпуса 1, противоположной цилиндрическому стакану 2. В корпусе 1 выполнено дополнительное отверстие с пробкой 10. На наружной поверхности стенки корпуса 1 гидровыключателя установлены два толкателя, каждый из которых содержит клин 11, подпружиненный упругим элементом 12 и встроенный в корпус 13. Клин 11 первого толкателя через отверстие 14 в корпусе 1 гидровыключателя (в исходном положении) под действием упругого элемента 12 упирается в боковую цилиндрическую стенку первого поршня с хвостовиками 6 на расстоянии l= 0,1 H от переднего торца "Г", H-ширина клина. Клин 11 второго толкателя через отверстие 15 в корпусе 1 гидровыключателя (в исходном положении) под действием упруго элемента 12 упирается в боковую цилиндрическую стенку второго поршня с хвостовиком 7 на расстоянии l=01 H от заднего торца "Д". У второго поршня с хвостовиком 7 у переднего торца "Е" выполнена выточка 16, с которой через отверстие 17 в корпусе 1 гидровыключателя взаимодействует подпружиненный упругим элементом 18 и установленный в корпусе 19 стопора штырь с поршнем 20 (в тексте он еще называется поршень со штырем 20, что одно и то же.

Корпус 19 стопора установлен на наружной поверхности корпуса 1 гидровыключателя. В поршне со штырем 20 подвижно установлен подпружиненный упругим элементов 21 штифт 22, под который в боковой стенке корпуса 19 стопора выполнено отверстие 23. Полость под поршнем со штырем 20 соединена с цилиндрической полостью "Б", в которой размещен второй поршень с хвостовиком 7, посредством отверстия 24. Консольные части хвостовиков поршней с хвостовиками 6 и 7 посредством шарниров 25 и 26 соединены с подпружиненными с помощью упругих элементов 27 и 28 штоками 29 и 30, соответственно. Консольные части хвостовиков 6 и 7 и штоков 29 и 30 с соединяющими их шарнирами 25, 26 и упругие элементы 27 и 28 первого и второго регуляторов установлены в цилиндрических стаканах 31, 32 первого и второго регуляторов, соответственно, размещенных на корпусе 1 гидровыключателя. На свободных концах штоков 29 и 30 регуляторов установлены на осях 33, 34 с возможностями вращения подпружиненные с помощью упругих элементов 35, 36 кулачки 37, 38, соответственно, взаимодействующие с контактной системой гидровыключателя. Каждый из упругих элементов (35, 36, фиг. 11) с нормированным усилием прижимает связанный с ним кулачок ( 37, 38, соответственно) поверхностью выступающего на кулачке зуба, к поверхности штока, на котором он (кулачок) установлен. В таком положении меж кулачками 37, 38 обеспечивается нормированный зазор "h" и они обладают достаточной устойчивостью для преодоления силы со стороны взаимодействующей с ними контактной системы, и достаточной податливостью к изменению такого положения, когда момент замыкания контактов сила взаимодействия с контактной системой резко возрастает.

Контактная система гидровыключателя содержит подвижно установленную в опорах 39, 40 планку 41 с упорами 42, 43 и диском 44. Диск 44 конструктивно расположен на торце планки 41 между кулачками 37 и 38 на нормированных расстояниях от них, определяемых перемещениями штоков 29, 30 при срабатывании первого и второго толкателей. Причем после срабатывания первого толкателя, когда первый поршень с хвостовиком 6 контактирует своей передней торцевой поверхностью "Г" с боковой поверхностью клина 11 первого толкателя (см. фиг. 12), кулачок 37 штока 29 первого регулятора располагается по другую сторону диска 44 по сравнению с исходным положением, приведенным на фиг. 11. Если упор 43 планки 41 контактирует с опорой 40, а с выточкой 16 второго поршня с хвостовиком 7 взаимодействует штырь с поршнем 20 стопора, то диск 44 планки 41 располагается в непосредственной близости к кулачку 38 штока 30. После срабатывания второго толкателя, когда второй поршень с хвостовиком 7 контактирует своей задней торцевой поверхностью "Д" с боковой поверхностью клина 11 второго толкателя (см. фиг. 13), кулачок 38 располагается по другую сторону относительно диска 44 по сравнению с исходным положением, приведенным на фиг. 11 Диск 44 перекрывает зазор "h" между кулачками 37, 38 и попеременно взаимодействует с ними при переменном встречном движении штоков 29, 30 регуляторов. На планке 41 установлены два контакта 45, 46 для подключения силовой обмотки 47 электропривода. В контактную систему гидровыключателя входят подвижно установленные на его корпусе клеммы 48, 49, 50, 51 для подключения источника электропитания для электропривода. Контакты 45, 46 замыкаются на клеммы 48, 50, когда упор 42 контактирует с опорой 39. Контакты 45, 46 замыкаются на клеммы 49, 51, когда после смещения планки 41 упор 43 контактирует с опорой 40.

В подготовленном для работы гидровыключателе полсти "А", "Б", "В" и полсть под поршнем со штырем 20 через отверстие с пробкой 10 заполнены жидкостью (например, водой, антифризом).

Упругие элементы стопора (18), первого регулятора (27) и второго регулятора (28) сменные и подбираются исходя из давления запуска Pкзап и срыва Pкср диффузора, которые определяются по формулам:


f(λвх), r(λсм.зап), r(λсм.ср) газодинамические функции;
λвх приведенная скорость потока на входе в диффузор;
λсм.зап, λсм.ср приведенные скорости потока на выходе из диффузора при его запуске и срыве, соответственно;
Pн давление на выходе из диффузора/давление окружающей среды.

В исходном состоянии гидровыключателя упругий элемент 27 первого регулятора находится почти в свободном состоянии (без специального предварительного поджатия). Он имеет такую жесткость, что при изменении давления на поршень 5 со стороны входного отверстия 3 цилиндрического стакана 2 в диапазоне Pк=(0,5^oC0,8) Pкзап со скоростью выхода испытуемого двигателя на режим первый поршень с хвостовиком 6 под действием давления жидкости в полости "А" смещается на величину "l", а далее при дополнительном действии клина 11 первого толкателя за нормированное время перемещается на величину "Н" ширины клина 11.

Упругий элемент 18 обладает такой жесткостью, что при давлении на поршень 5 со стороны входного отверстия 3 цилиндрического стакана 2 Pк ≥1,1 Pкзап за нормированное время поршень со штырем 20 стопора под действием силы давления жидкости смещается по оси с выходом штыря из выточки 16 и фиксируется подпружиненным штифтом 22 после его попадания в отверстие 23 корпуса 19 стопора.

Упругий элемент 28 второго регулятора имеет такую жесткость и предварительное поджатие (при зафиксированном от осевого перемещения втором поршне с хвостовиком 7 с помощью штыря с поршнем 20), которые после расфиксации поршня с хвостовиком 7 обеспечивает за нормированное время в конце работы двигателя при изменении давления Pк в нем, а следовательно, и на поршень 5, от Pкзам до Pкср осевое перемещение поршня с хвостовиком 7 на величину "l" и далее при дополнительном действии клина 11 второго толкателя - перемещение на величину "Н" ширины клина.

Перед испытанием ракетного двигателя производится подготовка высотного стенда к работе. Для этого клин 11 гидровыключателя (см. фиг. 11) первого толкателя путем отжима упругого элемента 12 выводится из взаимодействия с первым поршнем с хвостовиком 6. С помощью штока 29 по положению установочной риски на нем (на фиг. 11 установочная риска не показана) устанавливает первый поршень с хвостовиком 6 в цилиндрической полости "А" в исходное положение. В исходном положении упругий элемент 27 первого регулятора почти не поджат. Далее клин 11 первого толкателя отпускают и он упирается с возможностью скольжения в боковую цилиндрическую стенку первого поршня с хвостовиком 6 на расстоянии; l 0,1 H от его передней торцевой поверхности "Г". Далее отжимом упругих элементов 18 второго толкателя и 12 стопора выводят из взаимодействия со вторым поршнем с хвостовиком 7 штырь с поршнем 20 и клин 11 второго толкателя, соответственно. С помощью штока 33 по положению установочной риски на нем (на фиг. 11 установочная риска не показана) устанавливают второй поршень с хвостовиком 7 в цилиндрической полости "Б" в исходное положение с начальным нормированным поджатием упругого элемента 28. В исходном положении выточка 16 второго поршня с хвостовиком 7 оказывается напротив отверстия 17. Далее поршень с хвостовиком 20 и клин 11 второго толкателя отпускают. Штырь с поршнем 20 через отверстие 17 входит в выточку 16 и фиксирует второй поршень с хвостовиком 7 от осевого перемещения, а клин 11 второго толкателя упирается с возможностью скольжения в боковую цилиндрическую стенку второго поршня с хвостовиком 7 на расстоянии l 0,1 H от задней торцевой поверхности "Д".

Упругие элементы стопора (18), первого регулятора (27) и второго регулятора (28) сменные, с регулировкой жесткости. Они подбираются и настраиваются, исходя из требуемых расчетных жесткостей, при которых обеспечиваются программные перемещения поршня со штырем 20, первого поршня с хвостовиком 6 и второго поршня с хвостовиком 7 при требуемых (расчетных) давлениях в камере сгорания испытуемого двигателя.

После установки первого ( 6, фиг.11) и второго (7, фиг.11) поршней с хвостовиками в цилиндрических полостях "А" и "Б" выставляют с помощью шаблона или мерной линейки поршень 5 в цилиндрическом стакане 2 и далее через дополнительное отверстие под пробку 10 заполняют полости "А", "Б", "В" и полость под поршнем со штырем 20 жидкостью, например, водой, антифризом. Технологические отверстия с пробками для стравливания воздуха из полостей "А", "Б", "В" и из полости под поршнем со штырем 20 при заполнении их жидкостью не показаны на фиг. 11. Далее устанавливают в дополнительное отверстие корпуса пробку 10 и закрывают пробками все технологические отверстия для стравливания воздуха. Гидровыключатель устанавливают с помощью резьбового соединения, например, на крышке воспламенительного устройства с подводом газохода от камеры сгорания двигателя к входному отверстию 3 стакана 2, на внешней стороне которого выполнена резьба. Подключают источник питания к клеммам 48, 49, 50, 51 контактной системы гидровыключателя с учетом полярности "+" и "-", например, как показано на фиг. 11. Контакты 45 и 46 планки 41 электрически связаны с силовой обмоткой 47 электропривода (7, фиг. 8, 9), который соединен с задвижкой 6. Перед высотным испытанием ракетного двигателя задвижка 6 находится в положении, когда окно 5 открыто (фиг. 8, 9). Для этого момента положение контактной системы гидровыключателя показано на фиг. 11: силовая обмотка 47 (фиг.11) электропривода обесточена.

Высотный стенд для испытания ракетного двигателя работает следующим образом.

После подачи сигнала на воспламенительное устройство ракетного двигателя происходит воспламенение заряда. Растет давление в камере сгорания, которое передается по газоходу (на фиг. 11 газоход не показан) на поршень 5 цилиндрического стакана 2 гидровыключателя (см. фиг.11), а от поршня 5 через жидкость в полостях "В", "А", "Б" и в полости под поршнем со штырем 20 стопора на торцевые поверхности "Г" и "Е" первого (6, фиг.11) и второго (7, фиг.11), соответственно, поршней с хвостовиками, а также на торцевую поверхность поршня со штырем 20 стопора. После разрыва сопловой заглушки РДТТ происходит резкий приток продуктов сгорания топлива в диффузор с образованием внутри его так называемого "газового поршня" из продуктов сгорания топлива и части газа среды. "Газовый поршень" расширяется и оттесняет к внутренним стенкам диффузора и в барокамеру холодный газ исходной среды. Вследствие наличия открытого окна 5 (см. фиг.8) в стенках барокамеры 2 с расчетной площадью
0,4 Fтр≅Fок≅4 Fтр
сильного сжатия газа исходной среды и пикового повышения давления в барокамере, как в прототипе (см. фиг.2) не происходит из-за истечения газа через окно 5 в окружающую среду. При этом давление Рэ внутри барокамеры на начальном этапе запуска двигателя равно Pн давлению окружающей среды: Рэ Рн (см. зависимость N 1 в интервале времени 0^oCt₁, фиг. 14). В момент времени t1 давление в двигателе достигает значения Рк₁ (0,5-0,8) Ркзап. Оно воздействует на поршень 5 цилиндрического стакана 2 гидровыключателя и создает давление жидкости внутри гидровыключателя, которое недостаточно, чтобы сдвинуть и вывести из взаимодействия подпружиненный штырь с поршнем 20 стопора с выточкой 16 второго поршня с хвостовиком 7, и они (штырь с поршнем 20 и второй поршень с хвостовиком 7) остаются в исходном положении (фиг.11). В то же время первый поршень с хвостовиком 6 при давлении в двигателе Рк₁ (0,5-0,8) Ркзап перемещается под действием силы давления жидкости на торцевую поверхность "Г" первого поршня с хвостовиком 6, преодолевая сопротивление упругого элемента 27. В момент совпадения кромки торцевой поверхности "Г" первого поршня с хвостовиком 6 с клином 11 первого толкателя упругий элемент 12 первого толкателя резко срабатывает (разжимается) и перемещает клин 11 вдоль оси толкателя. Клин 11 при этом воздействует на кромку торцевой поверхности "Г" поршня с хвостовиком 6 и резко сдвигает его (поршень) по оcи в сторону первого регулятора на величину "Н" ширины клина 11. Движение первого поршня с хвостовиком 6 через шарнир 25, шток 29, ось 33 передается без люфта подпружиненному кулачку 37, который в начале своего движения входит в зацепление с диском 44, увлекает его и, соответственно, пластину 41 за собой до контакта упора 43 с опорой 40. В этом положении пластины 41 контакты 45 и 46 замыкаются на клеммы 49, 51, и силовая обмотка 47 электропривода 7 (фиг. 8) оказывается под напряжением. Кулачок 37, встретив резкое сопротивление своему движению со стороны диска 44, начинает вращаться (поворачиваться) вокруг своей оси 33 при продолжающемся движении ее (оси 33), соскальзывает с диска 44 и оказывается по другую сторону его (см. фиг.12). Диск 44, когда упор 43 контактирует с опорой 40, располагается в непосредственной близости к кулачку 38, установленному на штоке 30 второго регулятора. В момент, когда силовая обмотка 47 (фиг. 11) оказывается под напряжением, электропривод срабатывает, резко перемещает задвижку 6 (см. фиг.8) и закрывает окно (см. фиг.10). Непосредственно после закрытия окна 5 задвижка 6 при своем движении на конечном участке взаимодействует с выключателем (на фиг. 8, 9, 10 выключатель и источник электропитания электропривода не показаны), установленным в электрической цепи от источника электропитания электропривода до клемм 48, 49, 50, 51 (фиг.11). При этом от источника электропитания отключаются только 49 и 51 клеммы, и силовая обмотка 47 электропривода (фиг.11) при закрытом окне 5 оказывается обесточенной. Перед достижением давления в двигателе давления Ркзап запуска диффузора окно 5 в стенке барокамеры закрыто задвижкой 6. При Рк Ркзап (см. фиг.14) диффузор запускается, время t tзап. При дальнейшем увеличении давления в двигателе до величины Рк₂≥1,1 Ркзап (время t≥t₂>tзап) сила давления жидкости на поршень со штырем 20 (фиг.11) становится больше начальной силы поджатия упругого элемента 18 стопора. Под действием этой силы штырь с поршнем 20 выходит из выточки 16 во втором поршне с хвостовиком 7, освобождая его от фиксации. Когда подпружиненный штифт 21 оказывается напротив отверстия 23 в корпусе 19 стопора, то входит в него, и поршень со штырем 20 при этом фиксируется от осевых перемещений в корпусе 19 стопора. На основном режиме работы двигателя сила давления жидкости на торцевую поверхность "Е" второго поршня с хвостовиком 7 больше силы начального поджатия упругого элемента 28 второго регулятора, и кулачок 38, установленный на штоке 30, не взаимодействует с диском 44 пластины 41 контактной системы. В конце работы двигателя, когда давление в нем уменьшается и достигает значения Ркзап (Ркз Ркзап, см. фиг.14), сила давления жидкости на торцевую поверхность "Е" второго поршня с хвостовиком 7 становится равной силе начального поджатия упругого элемента 28, и второй поршень с хвостовиком 7 занимает начальное исходное положение в полости "Б". При дальнейшем снижении давления в двигателе второй поршень с хвостовиком 7 перемещается под действием силы упругого элемента 28, преодолевая силу давления жидкости на торцевую поверхность "Е". В момент совпадения кромки торцевой поверхности "Д" второго поршня с хвостовиком 7 с клином второго толкателя упругий элемент 12 второго толкателя резко срабатывает (разжимается) и перемещает клин 11 вдоль толкателя. Клин 11 при этом воздействует на кромку торцевой поверхности "Д" второго поршня с хвостовиком 7 и резко передвигает его (поршень) по оси в сторону от второго регулятора на величину "Н" ширины клина 11. Такое смещение второго поршня с хвостовиком 7 происходит при изменении давления в двигателе в диапазоне от Ркзап до Ркср. Ркср давление срыва диффузора. Движение второго поршня с хвостовиком 7 через шарнир 26, шток 30, ось 34 передается без люфта подпружиненному кулачку 38, который, воздействуя на диск 44, перемещает пластину 41 до контакта упора 42 с опорой 39. В этом положении пластины 41 контакты 45 и 46 замываются на клеммы 48, 50, и силовая обмотка 47 электропривода 7 (фиг.8) оказывается под напряжением. Кулачок 38, встретив резкое сопротивление своему движению со стороны диска 44, начинает вращаться (проворачиваться) вокруг своей оси 34 при продолжающемся движении ее (оси 34), соскальзывает с диска 44 и оказывается по другую сторону его (см. фиг. 13). В момент, когда силовая обмотка 47 (фиг.11) оказывается под напряжением, электропривод срабатывает, резко перемещает задвижку 6 и открывает окно 5. Полярность в данном случае у контактов 45, 46 противоположная по сравнению с той, которая была при замыкании их на клеммы 49, 51 и при закрытии окна 5. Поэтому электропровод, перемещая задвижку 6, открывает окно 5. Непосредственно после открытия окна 5 задвижка 6 при своем движении на конечном участке взаимодействует с выключателем (на фиг. 8, 9, 10 выключатель и источник электропитания электропривода не показаны), установленным в электрической цепи от источника электропитания электропривода до клемм 48, 50 (фиг. 11). При этом клеммы 48, 50 отключаются от источника электропитания, и силовая обмотка 47 электропривода (фиг.11) при открытом окне оказывается обесточенной. Итак, в момент срыва диффузора (или непосредственно перед срывом) окно 5 открыто. Это приводит к тому, что срыв диффузора сопровождается интенсивным заполнением холодным газом окружающей среды, втекающим через окно 5, объема барокамеры, где установлено сопло. В результате происходит быстрое выравнивание давления между входом в диффузор, к которому пристыкована барокамера, и его выходом. Это препятствует поступлению по пристеночному слою диффузора раскаленного от контакта с его горячими стенками и потоком продуктов сгорания топлива газа окружающей среды (воздуха). Таким образом, устраняется пик температуры вокруг испытуемого двигателя, нежелательные тепловые нагрузки на него и датчиковую аппаратуру в конце испытаний. Следует отметить, что вследствие обеспечения быстрого повышения давления вокруг сопла двигателя (после срыва диффузора) и, соответственно, резкого смещения сечения отрыва потока продуктов сгорания топлива от внутренних стенок раструба к критическому сечению время действия максимальных пульсирующих боковых нагрузок на двигатель, возникающих при работе сопла с отрывом потока вблизи выходного сечения СБ, уменьшается. Итак, устранение пика давления в барокамере вначале высотных испытаний ракетного двигателя, пика температуры вокруг размещенной в барокамере части двигателя в конце испытаний и уменьшение времени действия максимальных пульсирующих боковых нагрузок на двигатель при работе сопла с отрывом потока продуктов сгорания от его стенок после срыва диффузора, реализуемые на заявляемом стенде, повышают надежность и качество высотных испытаний.

Вывод соотношения для площади окна в стенке барокамеры
(0,4 Fтр≅Fок≅4 Fтр
Как следует из анализа процесса повышения давления в барокамере во время запуска двигателя, приведенного на стр. 4 настоящей заявки, пик давления Рэ возникает вследствие втекания в объем Vэ барокамеры оттесняемого из диффузора "газовым поршнем" холодного воздуха. Величина пика Рэ определяется в основном количеством поступившего в барокамеру воздуха, которое выражается через произведение расхода на время. Расход оттесняемого воздуха зависит от многих факторов, в том числе от массовых характеристик "газового поршня", определяемых количеством газовой и конденсированной фаз в нем, его ("газового поршня") термодинамических параметров, начального давления газовой среды внутри диффузора, а также от длины диффузора, объема барокамеры и площади входа в нее со стороны газового тракта диффузора.

Средний расход газа (воздуха), поступающего в барокамеру при закрытом окне, равен отношению изменения массы (m2 m1) газа в ней ко времени Δt = t2-t1, за которое это изменение произошло:

m1, m2 массы газа в барокамере в моменты времени t1 и t2>, соответственно.

Если обеспечить в период притока воздуха в барокамеру истечение газа из нее через окно с соответствующей площадью, то можно уменьшить или полностью устранить пик давления в ней в период запуска двигателя.

При открытом окне пик давления Рэ возникает в момент равенства расходов втекающего и истекающего через окно барокамеры воздуха при постоянной его температуре, что наблюдается в опытах. То есть при Рэпик dm/dt 0, m - количество газа в барокамере. Поэтому, задаваясь рядом значений расходов воздуха, втекающего в барокамеру, соответствующих разным максимальным пикам давления Рэmax в ней, реализуемых при закрытом окне, приравнивая их (расходы) к расходам истечения газа через окно, можно рассчитать и построить зависимости пика давления Рэпик от площади окна в стенке барокамеры, соответствующие различным максимальным пикам Рэmax. Рэпик пик давления в барокамере при открытом окне. Рэmax пик давления в барокамере при закрытом окне.

Используя уравнения состояния газа (P·V m·R·T), записанные для моментов времени t1 и t2, соответственно, можно определить массу газа в барокамеру в процессе ее заполнения воздухом из диффузора при закрытом окне в момент времени t2:

R газовая постоянная; T температура.

Подставим выражение (2) для mэ₂ в уравнение (1):

средний расход воздуха, втекающего в барокамеру при закрытом окне в течение времени Δt при повышении давления в ней от Рэ₁ до Рэ₂.

Масса mэ₁ равна
mэ₁= ρэ₁·Vэ = ρэ₁·Fтр·Lэ·K1, (4) (4)
где ρэ₁ плотность газа (начальная) в объеме Vэ;
Fтр площадь проходного сечения трубы диффузора;
Lэ длина барокамеры;
K1 опытный коэффициент соотношения между объемом V барокамеры, ограниченного внутренней поверхностью обечайки барокамеры и наружной поверхностью сопла двигателя, и полным объемом Vп Fтр · Lэ, ограниченным внутренней поверхностью обечайки барокамеры.

Подставим (4) в уравнение (3):

Ранее было отмечено, что в момент пика давления Рэпик при открытом окне расход втекающего в барокамеру воздуха равен расходу воздуха, истекающего из нее (при постоянной температуре). Если принять расход втекающего в барокамеру воздуха равным согласно (5), т.е. при закрытом окне, а расход истекающего через окно воздуха в виде:

то в момент пика давления в барокамере Рэ Рэпик и , т.е.

Рэ давление торможения газа в барокамере;
q(λист) газодинамическая функция;
λист приведенная скорость потока;
χ коэффициент адиабаты;
Тэ температура газа в барокамере.

Выразим площадь окна через площадь трубы диффузора:
Fок K·Fтр, (8)
где K коэффициент соотношения между площадью окна и площадью проходного сечения трубы.

Известно, что

Рн давление окружающей среды;
π(λист) - газодинамическая функция газодинамическая функция.

y(λист) газодинамическая функция.

Принимаем начальные параметры Рэ₁, ρэ₁, Тэ₁ газа в барокамере, равными соответствующим параметрам окружающей среды: Рэ₁ Рн, ρэ₁= ρн,, Тэ₁ Тн. Подставляем (8), (9) и (10) в уравнение (7) и выражаем коэффициент "K", получим:

Согласно опытным данным температура в барокамере во время пика давления в ней меняется незначительно (в нее поступает холодный газ). Поэтому можно принять:

Вводя замену в уравнении (11) и учитывая соотношения (12) окончательно получаем:

Значение пика давления Рэпик в барокамере при λист, найденного из уравнения (13) при известном значении К Fок/Fтр, определяется по уравнению:
Pэпик = Pн/π(λист). (14)
Рассчитаем и построим зависимости при следующих данных, взятых из опытов:

R = 287 Дж/кг К; Tн = 300 К; χ = 1,4.
При этих данных формулы для расчетов зависимостей имеют вид:

Задаваясь значениями приведенной скорости λист из интервала 0 < λист < 1, рассчитываем по формулам (15) зависимости при Рэ₂/Рн 1,5; 1,75; 1,88, равных относительным значениям пиков давления в барокамере при закрытом окне.

На фиг.15 построены зависимости
.

В силу принятых допущений при выводе выражения (13) расчетные значения "К" несколько завышены. Зависимость N 1 соответствует пику Рэ₂ Рэ_max 1,88 · 10⁵ Па при Fок 0, зависимость N 2 соответствует пику Рэ₂ Рэmax= 1,75·10⁵ Па при Fок 0, зависимость N 3 соответствует пику Pэ₂ 1,5·10⁵ Па при Fок 0; давление окружающей среды принято Pн 10⁵ Па.

Анализ приведенных на фиг. 15 зависимостей показывает, что при К≥0,4 максимально возможный расчетный уровень давления в барокамере не превосходит более чем на 1,5% уровень давления окружающей среды. Такое повышение давления Рэ вокруг испытуемого двигателя безопасно для нормальной его работы, а также для датчиковой аппаратуры и стенда. Данное значение К≥0,4 принимаем за рекомендуемое:
Fок≥Fтр.

Длина раструба сопла современного крупногабаритного РДТТ приблизительно равна диаметру его выходного сечения и длине барокамеры:
,
где lp длина раструба сопла, Lэ длина барокамеры, dа диаметр выходного сечения сопла.

Учитывая, что диаметр dа приблизительно равен диаметру dтр трубы диффузора и диаметру dэ обечайки барокамеры, т.е. , можно записать выражение для площади боковой поверхности барокамеры в виде:

Окончательно для площади окна Fок получаем соотношение: 0,4 Fтр≅Fок≅4 Fтр.

Срыв диффузора происходит при отходе струи продуктов сгорания топлива от его внутренних стенок. При этом горячие газы по пристеночному слою трубы диффузора проникают в объем Vэ барокамеры. Срыв диффузора сопровождается повышением давления в барокамере до давления окружающей среды Рн и резким пиком температуры Тэ, величина которой может достигать нескольких сот градусов по Цельсию (см. фиг.6).

Оценим возможность устранения пика температуры Тэ в барокамере с помощью открытия при срыве диффузора окна в ее стенке, площадь которого 0,4 Fтр≅Fок≅4 Fтр. Для этого определим максимальный расход горячих газов, затекающих в барокамеру при срыве диффузора, и максимальный расход атмосферного воздуха, втекающего в ее объем через открытое окно и при сверхкритическом перепаде давления: Pн/Рэ≥1,88. Выведем формулу расчета максимального расхода горячих газов, затекающих в объем Vэ барокамеры при закрытом окне. Запишем уравнение газового состояния:
Рэ·Vэ mэ·R·Tэ,
mэ масса газов в объеме Vэ.

Продифференцируем его по времени, учитывая, что Vэ const, R const:

Так как

На фиг. 16 по результатам высотных испытаний РДТТ построены производные по времени давления Pэ при срыве диффузоров от производных по времени давления Рк. Предельную зависимость можно записать, как , причем .

Таким образом, максимальный расход горячих газов, затекающих в барокамеру при срыве диффузора, равен:

Оценим максимальный расход горячих газов при срыве диффузора по результатам высотных испытаний крупногабаритных РДТТ:
Tэ 6667 К; Vэ 0,8 м³; mэ 0,2 кг; R= 300 Дж/кгК.

Определим максимальный расход атмосферного воздуха окно при наименьшей его расчетной площади: Fок 0,4 Fтр. В этом случае , и приведенная скорость втекания λвт = 1.

Расход равен:

Исходные данные для расчета: Рн 10⁵ Па, Fок 0,4 · Fтр, Fтр 1,227 м², Rвозд 288 Дж/кгК, Твозд 288 К, χвозд = 1,4. Rвозд, Твозд, χвозд - газовая постоянная, температура и коэффициент адиабаты воздуха, соответственно.

После подстановки данных в выражение для и вычислений получим

Из сравнения расходов видно, что расход холодного воздуха через окно с минимальной площадью превышает максимальный расход горячего газа (при закрытом окне) более чем в 60 раз.

Оценим температуру смеси газов Тсм в барокамере при расходах:

и начальном количестве воздуха в ней mэ=0,2 кг (Vэ 0,8 м³).

Запишем уравнение сохранения энергии:
Uсм Iвт + Iг + Uвозд,
где Uсм внутренняя энергия в барокамере при температуре Тсм.

Cvвозд, Cvг удельные теплоемкости воздуха и горячего газа при постоянном объеме.

Δt время заполнения объема барокамеры газом при сверхкритическом перепаде давления на окне: Рэ/Pн≅0,528.

При оценке температуры Тсм смеси за время Δt следует принять время заполнении объема барокамеры до давления Рн.

Тогда

плотность газовой смеси в барокамере при Рсм Рн, определяется методом последовательных приближений при варьировании параметра Тсм.

Iвт энтальпия воздуха, втекающего через окно,

Cpвозд удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении.

Iг энтальпия горячего газа, поступающего в барокамеру из диффузора.

Cрг удельная теплоемкость горячего газа при постоянном давлении;
Тг температура горячего газа.

Vвозд mэ·Cvвозд·Tэ;
Tэ температура в барокамере до срыва диффузора.

Принимаем: ТэТвозд, Cvвозд Cvг, Срвозд = Cрг = χвозд·Cvвозд, Тг 3Твозд (из опыта).

После подстановки соответствующих выражений в уравнение сохранения энергии и преобразований получим:

Подставим числовые значения параметров, получим:

Тсм 1,32 · Твозд; при Твозд 288 К Тсм380К.

При закрытом окне , расчетное время Δt равно:

В этом случае температура смеси Тсм равна:

При Твозд 288 К и закрытом окне Тсм 954 К.

Итак, в расчетном случае, когда температура горячего газа, втекающего в барокамеру из газового диффузора при его срыве, принята равной Тг 3 Твозд и Твозд 288 К, открытие окна с площадью Fок 0,4 Fтр снижает температуру смеси Тсм с 954 К до 380 К. Таким образом устраняется пик температуры, при котором возникают высокие тепловые нагрузки на изделие и датчиковую аппаратуру.

Формула изобретения

1. Высотный стенд для испытаний ракетных двигателей, содержащий диффузор, барокамеру и датчиковую аппаратуру, отличающийся тем, что он снабжен исполнительным механизмом, выполненным в виде гидровыключателя с электроприводом и задвижкой, а в стенке барокамеры выполнено окно, при этом задвижка установлена в районе окна с возможностью перекрытия окна и соединена с приводом исполнительного механизма, а площадь окна барокамеры выбирается из соотношения 0,4F_тр ≅ F_ок ≅ 4хF_тр, где F_ок площадь окна, F_тр - площадь проходного сечения трубы диффузора.

2. Высотный стенд по п.1, отличающийся тем, что гидровыключатель имеет корпус, внутри которого образованы две цилиндрические параллельно расположенные полости, и снаружи корпуса установлен цилиндрический стакан, полость которого сообщена с параллельно расположенными полостями посредством отверстий, в цилиндрическом стакане установлен поршень, а в цилиндрических полостях установлены поршни с хвостовиками, консольные части которых расположены в отверстиях корпуса и выходят наружу со стороны корпуса, противоположной цилиндрическому стакану, в корпусе выполнено дополнительное отверстие, в котором установлена пробка, на наружной поверхности стенки корпуса гидровыключателя установлены два толкателя, каждый из которых выполнен в виде подпружиненного клина, установленного в корпусе, при этом клин первого толкателя взаимодействует с передней кромкой торцовой поверхности первого поршня с хвостовиком, а клин второго толкателя взаимодействует с задней кромкой торцовой поверхности второго поршня с хвостовиком, у второго поршня с хвостовиком у переднего торца выполнена выточка, с которой взаимодействует подпружиненный и установленный в корпусе стопора штырь с поршнем, а корпус стопора установлен на наружной поверхности гидровыключателя, в поршне со штырем подвижно установлен подпружиненный штифт, под который в боковой стенке корпуса стопора выполнено отверстие, полость под поршнем со штырем соединена с цилиндрической полостью, в которой размещен второй поршень с хвостовиком, консольные части хвостовиков посредством шарниров соеденены с подпружиненными штоками регуляторов, причем консольные части хвостовиков и штоков регуляторов с соединяющими их шарнирами и упругие элементы регуляторов установлены в цилиндрических стаканах регуляторов, размещенных на корпусе гидровыключателя, а на свободных концах штоков регуляторов установлены с возможностью вращения подпружиненные кулачки, взаимодействующие с контактной системой гидровыключателя, а контактная система связана с электроприводом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16