Способ захолаживания бака с криогенным топливом при испытании ракетной установки
Владельцы патента RU 2537204:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Техномаш" (RU)
Изобретение относится к ракетно-космической области и предназначено для захолаживания или поддержания заданной температуры объектов с криогенными компонентами топлива при проведении испытаний ракетных установок на стенде в условиях атмосферы Земли. Способ захолаживания бака с криогенным топливом при испытании ракетной установки заключается в удалении парогазовой смеси из бака через систему дренажа, имеющую установленную площадь проходного сечения на выходе, с одновременным измерением давления и температуры смеси в баке. Для реализации способа дополнительно измеряют давление смеси на выходе из системы дренажа, определяют состав парогазовой фазы в баке, по которому рассчитывают газовую постоянную и показатель адиабаты парогазовой смеси, сравнивают их с показателями, заранее определенными для реальных летных условий, и по сигналу рассогласования регулируют площадь выходного сечения системы дренажа. Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности процесса захолаживания и существенный материальный выигрыш из-за введения операции регулирования по времени испытания площади проходного сечения магистрали дренажа.
Изобретение относится к ракетно-космической области и предназначено для захолаживания или поддержания заданной температуры объектов с криогенными компонентами топлива при проведении испытаний ракетных установок на стенде в условиях атмосферы Земли.
Известен способ поддержания заданных значений температуры в емкости с криогенным компонентом, заключающийся в том, что для обеспечения заданных условий работы производят дренаж паров криогенного продукта из емкости с одновременным проведением измерения его температуры (см. Микулин Е.И. Криогенная техника. М., Машиностроение, 1969 г., стр.117-122).
В результате анализа известного способа необходимо отметить, что при его реализации не предусмотрены операции изменения температуры объекта с программированным изменением окружающего давления, что может приводить к существенным потерям продукта из емкости в дренажную систему.
Известен способ заправки криогенной емкости, включающий подачу криогенного продукта в криогенную емкость, дренаж паров криогенного продукта, измерение давления паров в криогенной емкости и температуры внутренней стенки криогенной емкости, причем перед подачей в криогенную емкость криогенный продукт переохлаждают по сравнению с равновесной температурой, соответствующей температуре криогенного продукта при давлении подачи, а дренаж паров криогенного продукта прекращают в процессе заправки при достижении внутренней стенкой криогенной емкости температуры, равной температуре подаваемого криогенного продукта, и производят снижение давления в паровом пространстве криогенной емкости путем распыления дополнительно подаваемого криогенного продукта в зону парового пространства криогенной емкости до величины, не превышающей величины давления подачи криогенного продукта.
(см. патент РФ №2221965, кл. F17C 6/00, 2002 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известного способа необходимо отметить, что при штатной работе ракетной установки, оснащенной баками, содержащими криогенное топливо и парогазовую фазу над ним, предусматривают проведение операций охлаждения криогенного топлива за счет удаления парогазовой фазы из бака через дренажную систему с определенным заданным расходом смеси Gдр. Выход за пределы заданных значений расхода через систему дренажа может оказать существенное отрицательное влияние на работу всех систем ракетной установки. Причем сам расход среды определяется площадью проходного сечения дренажной магистрали fдр, давлением, температурой и составом парогазовой смеси в топливном баке.
Имитация таких условий охлаждения топлива в баке на стенде в условиях Земли возможна, но при создании на выходе из дренажной системы соответствующих условий по температуре и давлению. Для этой цели испытательные стенды должны быть оборудованы сложными системами для имитации высотных и температурных условий с привлечением широкого круга технического персонала, причем данные стенды и реализуемые при их работе технологии не отличаются точностью.
Исследования показали, что при проведении испытаний для сокращения материальных затрат, связанных с дооборудованием стендовых систем, нет необходимости создавать условия, аналогичные штатным летным условиям на выходе из системы дренажа, а вполне возможно при проведении операции охлаждения путем удаления парогазовой фазы из бака за счет регулирования площади проходного сечения дренажной магистрали по времени испытания в зависимости от состава смеси в баке.
Вышеотмеченные физические процессы и связанный с ними ряд действий легли в основу операций предлагаемого способа захолаживания бака с криогенным топливом при проведении стендовых испытаний ракетной установки.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности процесса захолаживания и существенный материальный выигрыш из-за введения операции регулирования по времени испытания площади проходного сечения магистрали дренажа.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе захолаживания бака с криогенным топливом при испытании ракетной установки, заключающемся в удалении парогазовой смеси из бака через систему дренажа, имеющую установленную площадь проходного сечения на выходе, с одновременным измерением давления и температуры смеси в баке, новым является то, что дополнительно измеряют давление смеси на выходе из системы дренажа, определяют состав парогазовой фазы в баке, по которому рассчитывают газовую постоянную и показатель адиабаты парогазовой смеси, сравнивают их с показателями, заранее определенными для реальных летных условий и по сигналу рассогласования регулируют площадь выходного сечения системы дренажа.
Способ захолаживания бака с криогенным топливом при испытании ракетной установки осуществляют следующим образом.
При проведении испытаний ракетной установки осуществляют захолаживание бака с криогенным топливом, которое реализуют удалением парогазовой смеси из бака через систему дренажа с установленной заранее площадью проходного сечения на выходе (как правило, на выходе системы дренажа устанавливают управляемый клапан с регулируемым проходным сечением. В процессе захолаживания измеряют посредством датчиков давление P1 и температуру T1 парогазовой смеси в газовой полости бака. По измеренным значениям давления и температуры, используя известные зависимости или табличные данные для данного компонента топлива, определяют на линии насыщения по температуре T1 парциальное давление паров Ps. По разности P1-Ps рассчитывают парциальное давление газовой фазы Pг, которая находится вместе с паром компонента над жидкостью в баке. Используя значения мольных масс и газовой постоянной газа и пара µг, µs, Rг, Rs, определяют объемные и массовые доли газа и пара rг, rs, gг, gs и далее газовую постоянную Rсм и показатель адиабаты смеси kсм:
, 
, 
, 
,
, 
.
Полученные значения используют для расчета площади проходного сечения магистрали дренажа fдр, изменением которой поддерживают заранее заданные значения расхода парогазовой фазы Gдр через систему дренажа. При этом используются значения давления P2, измеренные на выходе из системы дренажа. Расчет параметра осуществляется по заданной программе как для условий критического течения, когда для давления на выходе из системы дренажа выполняется условие
так и для докритического течения, в случае невыполнения этого условия.
Для критического течения
Для докритического течения
Полученные значения сравниваются с заранее заданными, полученными для реальных летных условий, и по сигналу рассогласования регулируют площадь выходного сечения системы дренажа.
Способ захолаживания бака с криогенным топливом при испытании ракетной установки, заключающийся в удалении парогазовой смеси из бака через систему дренажа, имеющую установленную площадь проходного сечения на выходе, с одновременным измерением давления и температуры смеси в баке, отличающийся тем, что дополнительно измеряют давление смеси на выходе из системы дренажа, определяют состав парогазовой фазы в баке, по которому рассчитывают газовую постоянную и показатель адиабаты парогазовой смеси, сравнивают их с показателями, заранее определенными для реальных летных условий, и по сигналу рассогласования регулируют площадь выходного сечения системы дренажа.
