12.2. Системы имитации тепловых воздействий на конструкцию двигателя и топливо

Условия эксплуатации ДУ характеризуются широким температурным диапазоном. Поэтому при стендовых испытаниях необходимо проверять надежность работы ДУ при различных температурах конструкции и компонентов топлива.

Испытательные стенды оборудуются системами, обеспечивающими температуры конструкции ДУ, компонентов топлива и продувочных газов в диапазоне 223...323 К.

Работа системы имитации теплового воздействия основана на изоляции двигателя от окружающей среды при помощи термочехла и подачи в изолированный объем подогретого или охлажденного воздуха (рис. 12.9).

Двигатель заключается в термочехол 2, который закрепляется на раме 3 подвески двигателя и сопле 1 двигателя. Воздух подается при помощи центробежного вентилятора 10 по воздуховоду 8.

При имитации действия на двигатель отрицательных температур охлаждение воздуха обеспечивается впрыскиванием жидкого азота через форсунки 6. Контроль температуры воздуха осуществляется термопарой 4, которая совместно с автоматом-регулятором 5 и клапанами 7 в линии подвода жидкого азота к форсункам позволяет поддерживать температуру подаваемого воздуха в заданных пределах.

Рис. 12.9. Схема система имитации тепловых воздействий на конструкцию двигателя:

1 - сопло; 2 - термочехол; 3 - рама подвески двигателя;

4 - термопара; 5 - автомат-регулятор; 6 - форсунки впрыска хладагента; 7 - клапан подачи жидкого азота; 8 - воздуховод; 9 - электрокалорифер; 10 - вентилятор

При имитации действия на двигатель положительных температур подогрев воздуха осуществляется при помощи электрокалорифера 9, установленного за вентилятором 10. Включение и выключение электрокалорифера в процессе термостатирования осуществляется автоматом-регулятором 5. Испытание ДУ с компонентами топлива длительного хранения (НДМГ, четырехокись азота) при различных температурах основано на использовании специальных теплообменников, через которые принудительно прокачивается термостатируемый компонент. На рис. 12.10 приведена схема системы, которая включает в себя насос 1, который перекачивает компонент из бака 10 в теплообменник 2, после которого термостатируемый компонент через открытые клапаны 8 возвращается в бак. В теплообменник подается жидкий азот через клапан 4 или пар через клапан 5. Могут применяться теплообменники различных типов, но все они должны обеспечивать надежное отделение компонента от теплоносителя. Наиболее распространены трубчатые теплообменники с прокачкой компонента по трубам и подачей хладагента в межтрубное пространство. Контроль температуры рабочей жидкости производится датчиками температур 7, 11 и 14. Система продувок теплообменника через клапан 3 предназначена для исключения образования в нем конденсата после термостатирования компонента.

Рис. 12.10. Схема системы имитации тепловых воздействий на компоненты топлива:

1 - насос с электроприводом; 2 - теплообменник; 3 -клапан подачи газа на продувку; 4 - клапан подачи жидкого азота; 5 - клапан подачи пара, 6 - клапан слива; 7, 11 и 14 - датчики температуры; 8, 9 и 12 - клапаны отсечки наддува, дренажа и выдачи компонента; 10 - топливный бак горючего или окислителя; 13 – фильтр

При достижении заданной температуры топлива в топливном баке закрывается пневмоклапан 4 подачи жидкого азота в теплообменник, открывается пневмоклапан 6 слива азота из теплообменника и включается продувка открытием клапана 3. Прокачка компонента топлива осуществляется еще некоторое время, после чего выключается насос 1 и закрываются клапаны 8 и 12. При использовании криогенных компонентов топлива в ДУ, например жидких кислорода и водорода, возникает необходимость в охлаждении их ниже температуры кипения для улучшения работы насоса, уменьшения потерь компонента на борту ЛА и увеличения плотности топлива. В стендовых условиях (рис. 11.2) охлаждение криогенных продуктов до температуры ниже температуры кипения можно осуществить либо с помощью внешних источников холода, либо за счет теплоты парообразования путем вакуумирования парового пространства в топливном баке или барботирования малорастворимого конденсирующего газа (гелия) через слой компонента.