Способ и стенд для определения гидравлических остатков незабора топлива в баке ракеты

Авторы патента:

Ильченко Евгений Константинович (RU)

G01M10/00 - Гидродинамические испытания; устройства, связанные с гидроканалами или испытательными бассейнами для судов (вопросы строительства - раздел E; исследование свойств материалов G01N)

F02K9/96 - отличающиеся специальными устройствами для испытания или проверки и измерений

Владельцы патента RU 2543702:

Открытое акционерное общество "Государственный ракетный центр имени академика В.П. Макеева" (RU)

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при экспериментальной отработке заборных устройств, установленных в топливных баках ракет, для экспериментального определения гидравлических остатков незабора топлива. Стенд содержит сливную емкость, расходную магистраль, в которой установлены датчики сплошности, расходомер, гидравлический насос, отсечной кран, а также устройство для заправки и слива, к которому подключен дозатор для дозаправки воды. Дозатор воды настроен на рабочий объем, равный объему ожидаемого гидравлического остатка незабора испытуемого топливного бака, подключенного к расходной магистрали. Верхняя часть сливной емкости выполнена в виде вертикального сужающегося кверху конусного насадка с конусностью 15°, на котором установлены второй датчик сплошности и емкость для перелива. В состав стенда входит магистраль закольцовки с запорным клапаном, встроенная в расходную магистраль на входе в насос, и магистраль заправки с клапаном, встроенная в расходную магистраль на выходе из насоса, второй конец которой подключен к расходной магистрали перед отсечным краном. Перед заправкой испытуемого бака полностью заполняют водой расходную магистраль и сливную емкость, а затем производят дозаправку гидросистемы дозированным объемом воды, равным ожидаемому гидравлическому остатку незабора. После этого производят испытание. При срабатывании обоих датчиков сплошности в любой последовательности закрывают отсечной кран, фиксируют момент прорыва газа в магистраль расхода и момент полного заполнения сливной емкости. Затем, зная расход и указанные моменты времени, а также объем дозаправки дозатором вычисляют величину гидравлического остатка незабора. Технический результат - повышение точности определения гидравлического остатка в испытуемом баке ракеты и снижение трудоемкости экспериментальных работ. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Известен стенд для экспериментальных и исследовательских работ, связанных с изучением сопротивлений трубопроводов и струеформирующих устройств. Стенд содержит основной бак, трубопровод с вентилем, сливную емкость, насос и указатель уровня жидкости в основном баке (РФ патент №2275607, МПК G01F 25/00).

Данный стенд позволяет производить исследования и производить тарировку различных расходомеров, но не может использоваться для работ, связанных с исследованием заборных устройств, установленных в топливных баках ракет.

Известны также гидравлический стенд и способ проведения на нем испытаний, описанные в статье В.И. Ильин «Гидравлический стенд для отработки заборных устройств топливных баков», опубликованной в сборнике «Проектирование и отработка изделий и объектов», Вып.3, ЦНТИ «Поиск», 1972 (http://www.rtc.ru/encyk/biogr-book/09I/1125.shtml).

Указанный стенд содержит сливную емкость и расходную магистраль, в которой установлены датчик сплошности, расходомер и отсечной кран. Одной из задач исследований, проводимых на этом стенде, является определение величин гидравлических остатков незабора топлива в баке.

В качестве прототипа принят стенд для отработки заборных устройств методом проливки водой, содержащий сливную емкость, к верхней части которой подстыкована мерная труба, и расходную магистраль, в которой установлены датчик сплошности, расходомер, отсечной кран, а также магистраль закольцовки с клапаном, соединяющая вход насоса со сливной емкостью (СКБ-385, КБ машиностроения, ГРЦ «КБ им. академика В.П. Макеева», М., «Военный парад» - ГРЦ «КБ им. академика В.П. Макеева», 2007, стр.187 и технический отчет №32-155-77 «Определение незабираемых остатков жидкости в баках «О» и «Г» в статическом режиме…», ГОНТИ-11, 1977).

Испытания на этом стенде проводятся методом проливки воды, заправленной в испытуемый топливный бак, из испытуемого бака в сливную емкость по расходной магистрали с заданным расходом. При этом производят измерение сплошности потока и при прорыве газа из бака в расходную магистраль закрывают отсечной кран и производят измерение остатков воды в баке.

Недостатком прототипа является недостаточная точность определения гидравлических остатков незабора топлива в баке и высокая трудоемкость испытаний, обусловленная тем, что измерение остатков незабора, величина которых может достигать нескольких сотен литров, производится или при помощи мерных емкостей, или путем проведения сложных математических расчетов.

Задачей изобретения является повышение точности определения гидравлического остатка незабора топлива в баке и снижение трудоемкости выполняемых экспериментальных работ.

Поставленная задача решается тем, что при определении гидравлических остатков незабора топлива в баке ракеты, в котором испытуемый бак заправляют водой, опорожняют его заданным расходом через расходную магистраль в сливную емкость, фиксируют расход и момент прорыва газа из испытуемого бака в расходную магистраль, прекращают его опорожнение путем перекрытия расходной магистрали и определяют гидравлический остаток незабора, перед заправкой испытуемого бака полностью заполняют водой расходную магистраль и сливную емкость. После этого в период до начала опорожнения бака дозаправляют его или сливную емкость водой, объемом, равным ожидаемому гидравлическому остатку незабора, при опорожнении бака фиксируют момент полного заполнения водой сливной емкости и после фиксирования в любом порядке обоих моментов времени (момента прорыва газа в расходную магистраль и момента полного заполнения водой сливной емкости) перекрывают расходную магистраль, а затем определяют объем гидравлического остатка незабора по формуле:

где Vдоз - объем дозаправки;

t_Б - момент прорыва газа из испытуемого бака в расходную магистраль;

t_С - момент полного заполнения водой сливной емкости;

Q - заданный расход воды из испытуемого бака при опорожнении.

Для реализации предложенного способа в стенде для определения гидравлических остатков незабора топлива в баке ракеты, содержащем сливную емкость, расходную магистраль, на которой установлены датчик сплошности, расходомер, отсечной кран, регулятор расхода, гидравлический насос, вход которого подсоединен к сливной емкости магистралью закольцовки с установленным в ней клапаном, соединяющим вход насоса со сливной емкостью, и устройство для заправки и слива, в устройство для заправки и слива подключен дозатор дозаправки воды, настроенный на рабочий объем, равный объему ожидаемого гидравлического остатка незабора, верхняя часть сливной емкости выполнена в виде вертикального сужающегося кверху конического насадка с конусностью 15⁰, на который установлены второй датчик сплошности и емкость для перелива, на участок расходной магистрали между насосом и сливной емкостью установлен запорный кран, а выход насоса посредством магистрали заправки с установленным на ней запорным клапаном подключен к участку расходной магистрали перед отсечным краном.

Совокупность отличительных признаков изобретения обеспечивает решение поставленной задачи.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показана конструктивная схема стенда для определения гидравлических остатков незабора топлива в баке ракеты.

В состав стенда входят сливная емкость 1, расходная магистраль 2. На сливной магистрали 2 установлены датчик сплошности 3, расходомер 4, отсечной кран 5, гидравлический насос 6 и клапан 7. Кроме того, стенд снабжен устройством заправки и слива 8, к которому подключен дозатор 9 дозаправки воды. Рабочий объем дозатора 9 настроен на объем, равный объему ожидаемого гидравлического остатка незабора испытуемого топливного бака 10 с заборником 11, подключенного к расходной магистрали 2. Устройство 8 предназначено для полного заполнения водой дозатора 9, расходной магистрали 2 и сливной емкости 1, а также для слива воды из них. Устройство 8 выполнено в виде блока клапанов, подключенных к водопроводу.

На верхней части сливной емкости 1 смонтированы конический насадок 12, второй датчик сплошности 13 и емкость перелива 14. Насадок 12 выполнен сужающимся кверху с конусностью 15⁰, что позволяет при опорожнении испытуемого бака 10 стабилизировать поверхность поднимающейся вверх воды из сливной емкости 1. Емкость перелива 14 предохраняет выброс воды из гидросистемы при испытаниях.

На вход насоса 6 встроена магистраль закольцовки 15 с запорным клапаном 16, которая соединяет вход насоса 6 со сливной емкостью 1 и при включении насоса обеспечивает (при закрытом отсечном кране 5 и открытых клапанах 7, 16) выход его на нормальный режим работы. На выход насоса 6 встроена магистраль заправки 17 с клапаном 18, которая соединяет выход насоса 8 участком расходной магистрали 2 перед отсечным краном 5. Таким образом, через магистраль 17 (при открытых клапанах 16, 18 и закрытых отсечном кране 5 и клапане 7) испытуемый бак 10 насосом 6 заправляется водой из сливной емкости 1.

Датчики сплошности 3, 13 и расходомер 4 электрически связаны с регистрирующей аппаратурой. Отсечной кран 5, клапаны 7, 16, 18 и блок клапанов устройства 8 электрически связаны с пультом системы управления стендом. Регистрирующая аппаратура и пульт системы управления, а также регулятор расхода опорожнения испытуемого бака 10 на чертеже условно не показаны.

Ниже описаны особенности реализации предложенного способа и работа стенда при испытаниях заборных устройств и определении гидравлических остатков незабора топлива в баке ракеты.

I этап. Исходное положение перед испытанием.

Сливная емкость 1 и расходная магистраль 2 при помощи устройства 8 полностью заполнены водой до уровня срабатывания датчиков сплошности 3 и 13. Рабочий объем дозатора 9 настроен на объем, равный ожидаемому гидравлическому остатку, и заполнен водой. Отсечной кран 5 и клапан 18 закрыты, клапаны 7 и 16 открыты.

II этап. Заправка испытуемого бака 1.

Включают насос 6, после выхода его на режим открывают клапан 18 и закрывают клапан 7. Через магистраль закольцовки 15, насос 6, магистраль заправки 17 и расходную магистраль 2 вода из сливной емкости 1 поступает в испытуемый бак 10. После заполнения испытуемого бака 10 до заданного уровня закрывают клапан 18, открывают клапан 7 и выключают насос 6. Дозатором 9 проводят дозаправку гидросистемы стенда водой объемом, равным ожидаемому гидравлическому остатку.

III этап. Опорожнение (испытание) имитатора испытуемого бака 1 с заданным расходом.

В исходном положении перед испытанием: гидросистема стенда настроена регулятором расхода (на схеме не указан) на заданный расход опорожнения испытуемого бака 10; испытуемый бак 10 заправлен до заданного уровня; проведена дозаправка гидросистемы водой объемом, равным ожидаемому гидравлическому остатку; отсечной кран 5 и клапан 18 закрыты, клапаны 7 и 16 открыты.

Испытание проводят следующим образом. Включают насос 6, после его выхода на режим открывают отсечной кран 5 и закрывают клапан 16. Вода из испытуемого бака 10 заданным расходом через расходную магистраль 2 опорожняется в сливную емкость 1. При этом регистрируют показания расходомера 4 и датчиков сплошности 3 и 13. В момент срабатывания в любом порядке датчиков сплошности 3 и 13 (т.е. после прорыва газа из испытуемого бака 10 в расходную магистраль 2 и полного заполнения сливной емкости 1 водой) автоматически закрывается отсечной кран 5, выключается насос 6 и открывается клапан 16. Испытание закончено.

IV этап. Обработка результатов испытания и расчет гидравлического остатка незабора в испытуемом баке 1.

В процессе обработки результатов испытания по показаниям расходомера определяют расход воды, протекшей через расходную магистраль 2 при опорожнении испытуемого бака 10 во время испытания. А по показаниям датчиков сплошности 3 и 13 определяют момент прорыва газа из испытуемого бака 10 в расходную магистраль 2 и момент полного заполнения сливной емкости 1. Затем, зная эти моменты времени, объем дозаправки воды в гидросистему стенда перед испытанием и расход воды из испытуемого бака 10, вычисляют по формуле (1) величину гидравлического остатка, по этой величине которого делают заключение о работоспособности заборного устройства 11.

Предложенный способ определения гидравлических остатков незабора топлива в баке ракеты и стенд для его реализации позволяют повысить точность определения гидравлических остатков в топливном баке и снизить при этом трудоемкость экспериментальных исследований заборных устройств, установленных в топливном баке.

Предложение рекомендовано к внедрению.

1. Способ определения гидравлических остатков незабора топлива в баке ракеты, в котором испытуемый бак заправляют водой, опорожняют его заданным расходом через расходную магистраль в сливную емкость, фиксируют расход и момент прорыва газа из испытуемого бака в расходную магистраль, прекращают его опорожнение путем перекрытия расходной магистрали и определяют гидравлический остаток незабора, отличающийся тем, что перед заправкой испытуемого бака полностью заполняют водой расходную магистраль и сливную емкость, после этого в период до начала опорожнения бака дозаправляют его или сливную емкость водой, объемом, равным ожидаемому гидравлическому остатку незабора, при опорожнении бака фиксируют момент полного заполнения водой сливной емкости, перекрытие расходной магистрали производят после фиксирования в любом порядке обоих моментов времени, а объем гидравлического остатка незабора определяют по формуле:
Vго=Vдоз-(t_Б-t_С)×Q,
где Vдоз - объем дозаправки;
t_Б - момент прорыва газа из испытуемого бака в расходную магистраль;
t_С - момент полного заполнения водой сливной емкости;
Q - заданный расход воды из испытуемого бака при опорожнении.

2. Стенд для определения гидравлических остатков незабора в топливном баке ракеты, содержащий сливную емкость, расходную магистраль, на которой установлены датчик сплошности, расходомер, отсечной кран, регулятор расхода, гидравлический насос, вход которого подсоединен к сливной емкости магистралью закольцовки, с установленным на ней клапаном, соединяющим вход насоса со сливной емкостью, и устройство для заправки и слива, отличающийся тем, что к устройству для заправки и слива подключен дозатор дозаправки воды, настроенный на рабочий объем, равный объему ожидаемого гидравлического остатка незабора, верхняя часть сливной емкости выполнена в виде вертикального сужающегося кверху конического насадка с конусностью 15°, на который установлены второй датчик сплошности и емкость для перелива, на участок расходной магистрали между насосом и сливной емкостью установлен запорный кран, а выход насоса посредством магистрали заправки, с установленным на ней запорным клапаном, подключен к участку расходной магистрали перед отсечным краном.

Изобретение относится к области судостроения, более конкретно - к экспериментальной гидромеханике, и касается вопросов проведения экспериментальных исследований в опытовых бассейнах моделей быстроходных судов с воздушными кавернами на днище.

Способ определения в опытовом бассейне в прямом движении аэродинамических характеристик горизонтального оперения экраноплана // 2531783

Изобретение относится к судостроению и касается проектирования экранопланов. При определении аэродинамических характеристик горизонтального оперения экраноплана с установленными на нем работающими маршевыми двигателями изготавливают геометрически подобную модель горизонтального оперения и двигателей силовой установки.

Гидродинамический стенд с системой поддержания давления // 2520736

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для опытного определения динамических характеристик пусковых устройств подводных аппаратов.

Устройство для измерения инерционных характеристик моделей плавучих инженерных объектов, оборудованных якорной системой удержания, и способ их определения // 2509998

Изобретения относятся к области судостроения, в частности к экспериментальным методам испытания моделей в опытовых и ледовых бассейнах при проведении испытаний заякоренных объектов, и могут быть использованы для непосредственных измерений инерционных характеристик изучаемой модели.

Способ гидроабразивных испытаний погружных насосов и стенд для его осуществления // 2494363

Группа изобретений относится к области гидродинамики, в частности к стендовому оборудованию для моделирования гидроабразивного износа насосов. Способ гидроабразивных испытаний погружных насосов, при котором насос с электродвигателем размещают в подвешенном состоянии, абразивный материал подают с рабочей жидкостью из узла подвода во вращающийся насос.

Устройство для измерения характеристик нестационарных сил, возникающих на модели движительного комплекса типа "винт-насадка" // 2487814

Изобретение относится к области судостроения, касается вопроса экспериментального определения характеристик нестационарных сил, возникающих на элементах судовых движителей.

Многофункциональная тележка ледового опытового бассейна // 2467910

Изобретение относится к области экспериментальной гидродинамики морского транспорта. .

Опытовый бассейн (варианты) // 2460666

Изобретение относится к области экспериментальной техники для исследований гидродинамики и динамики судов и касается создания опытовых бассейнов с возможностями моделирования в них волнения.

Гидродинамический стенд // 2460054

Изобретение относится к области экспериментальной техники и может быть использовано для испытаний различных подводных объектов и пусковых устройств, в частности пусковых устройств торпедных аппаратов.

Система диагностики погружных электродвигателей // 2457456

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к методам и средствам проверки технического состояния скважинных установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) при проведении мероприятий по техническому обслуживанию.

Способ моделирования процесса газификации остатков жидкого ракетного топлива и устройство для его реализации // 2534668

Группа изобретений относится к ракетно-космической технике и может быть использована при проведении физического моделирования процессов газификации остатков жидкого топлива в баках отделяющихся частей (ОЧ) ступени ракет-носителей (РН) в условиях малой гравитации с использованием экспериментальных модельных установок в земных условиях, а также и при натурных пусках РН с системами газификации.

Установка для определения окислительной стойкости углерод-углеродного композиционного материала // 2529749

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании деталей из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ), работающих в условиях воздействия высокотемпературной окислительной среды на поверхности деталей ракетной техники.

Стенд для испытания сопла // 2528467

Изобретение относится к технике, связанной с испытанием сопл, и может быть использовано при проведении модельных испытаний. Устройство содержит подводящий трубопровод, соединенный с ресивером, выполненным с возможностью разъемного соединения с испытываемым соплом в двух взаимно перпендикулярных плоскостях посредством съемных фланцевых накладок и с возможностью опирания измерительными средствами на корпус ресивера, в котором подводящий трубопровод снабжен упругой вставкой.

Способ установки геометрической оси камеры жрд и компенсирующее замыкающее устройство для его реализации // 2526998

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано в газогидравлических магистралях жидкостных ракетных двигателей. В способе установки геометрической оси камер жидкостного ракетного двигателя в номинальном положении, основанном на исключении влияния технологических отклонений при изготовлении агрегатов, деталей и сборочных единиц, а также усадки материала в сварных швах стыков газовых магистралей между турбонасосным агрегатом и головками камер на угловое отклонение геометрических осей камер от номинального положения, согласно изобретению измерение фактических параметров замыкающего компенсирующего устройства, его изготовление, подгонка и сварка выполняются на заключительной стадии сборки магистралей после выполнения всех сварных швов стыкуемых агрегатов деталей и сборочных единиц.

Генератор импульсов давления в акустических полостях камер сгорания и газогенераторов жрд // 2523921

Изобретение относится к испытательной технике и, в частности, к испытаниям камер сгорания и газогенераторов жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) с целью оценки высокочастотной устойчивости процесса горения.

Установка для испытаний высотных ракетных двигателей на твердом топливе // 2514326

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при разработке оборудования для огневых стендовых испытаний высотных ракетных двигателей на твердом топливе.

Стенд для высотных испытаний ракетных двигателей с тонкостенными соплами // 2513063

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к стендовому оборудованию, применяемому при огневых стендовых испытаниях ракетных двигателей с имитацией высотных условий.

Экспериментальный ракетный двигатель твердого топлива // 2506445

Экспериментальный ракетный двигатель твердого топлива содержит корпус из композитного материала с передним и сопловым днищами, соединенными между собой посредством цилиндрического участка, скрепленный с корпусом заряд твердого топлива и утопленное сопло.

Способ определения скорости горения твердого ракетного топлива // 2505699

При определении скорости горения твердого ракетного топлива производят монтаж и сжигание стержневого образца с запальным проводником в камере сгорания, имеющей систему регистрации давления.

Способ измерения величины зазора между раструбом и арматурой // 2500914

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для измерения зазора между раструбом и арматурой сопла ракетного двигателя, имеющих конический или криволинейный профиль сопрягаемых через клеевой состав поверхностей.

Стенд для определения гидравлических остатков незабора топлива в баке ракеты // 2543703