Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Жидкостные ракетные двигатели малой тяги являются основными двигателями, применяемыми в системах управления космических летательных аппаратов (КЛА). ЖРДМТ могут работать как в непрерывном, так и в импульсном режимах, при этом работа в импульсном режиме является одной из наиболее характерных особенностей. [1] Суммарное время работы современных двигателей малой тяг за период эксплуатации при сохранении требуемых параметров двигателя составляет более 12,5 · 104 с, а общее число циклов — не менее 5 · 105.
При создании ЖРДМТ для КЛА различного назначения в процессе конструкторской (опытной) отработки большое внимание уделяется вопросам методологии стендовых испытаний, техническому оснащению стендов, имитирующих воздействие физических условий космического пространства, а также применению диагностических методов и аппаратуры для проведения различных физических исследований и измерений [2, 3].
К стендам для огневых испытаний ЖРДМТ предъявляются определенные требования, основные из которых следующие:
Большинство ЖРДМТ работают при очень низких давлениях окружающей среды, и, следовательно, значительный объем испытаний при их отработке следует проводить на стендах, оборудованных выкуумными системами. При определении тяговых характеристик и характеристик по удельному импульсу в вакуумной камере (с установленным в ней на испытания двигателем) обеспечивается заданное значение давления для безотрывного истечения газа из сопла.
Исходя из основного требования, определяющего организацию проведения огневых стендовых испытаний ЖРДМТ: получение достоверной информации о работоспособности двигателя в условиях эксплуатации, сформулированы основные критерии оптимизации характеристик стендовых магистралей:
Гидродинамическое подобие магистралей компонентов топлива в КЛА и на стенде достигается соответствием в уравнениях движения жидкости одноименных коэффициентов Sh, Eu, Fr и Re, а также равенствами чисел Маха, безразмерных волновых сопротивлений а и относительных потерь на трение.
Импульсные режимы работы ЖРД малой тяги (ЖРДМТ) инициируют в стендовых трубопроводах неустановившиеся (низкочастотные) процессы движения компонентов топлива. Оптимизация процессов огневых испытаний ЖРДМТ требует решения задачи по обеспечению динамического подобия характеристик систем питания двигателя компонентами на стенде и в двигательной установке, в том числе соответствие гидравлических, волновых и инерционных характеристик питающих магистралей.
Для определения требований к стендовым трубопроводам подачи компонентов топлива в ЖРДМТ при импульсном режиме его работы с частотой f рассмотрим вопрос о собственной частоте колебаний жидкости в трубопроводе f0. Свободные колебания являются определяющими факторами при рассмотрении динамических характеристик стендовых магистралей. При соотношении частот f0 ~ fв топливных магистралях стенда неизбежен резонанс, и в них будут инициироваться процессы, существенно влияющих на работу испытываемого ЖРДМТ. Это приведет к получению недостоверных оценок параметров двигателя по результатам испытаний.
Частота собственных колебаний жидкости зависит от емкостной постоянной времени, учитывающей сжимаемость среды, и инерционной, учитывающей инерционность. С учетом известных методик [4] можно определить численные значения частоты собственных колебаний жидкости и далее перейти к расчетам оптимальных геометрических параметров топливной трубопроводной системы стенда.
Для исключения явления резонанса, вызывающего негативные нестационарные процессы, собственная частота магистралей должна значительно отличаться от частоты вынужденных колебаний, возбуждаемых импульсным режимом работы испытываемого ЖРДМТ.
Исходя из результатов, экспериментальных исследований для стендовой магистрали должна быть такова, чтобы ее собственная частота не менее чем в 10 раз превышала максимальную частоту импульсного режима работы ЖРДМТ при испытаниях.
В заключение следует отметить, что исследование динамики топливных магистралей при стендовых испытаниях, является одним из необходимых этапов создания ЖРД малой тяги с высокими показателями надежности энергетической эффективности.
