13. Испытательный стенд жрд и эу для испытаний систем жрд
Испытательный комплекс для отработки ЖРД состоит из огневого и проливочного стендов для отработки двигателя, ДУ и их агрегатов (систем).
Статистика испытаний, например, системы питания кислородно-водородного двигателя 11Д57 на натурных компонентах показывает что автономные испытания насосов горючего составляют 15 %, насосов окислителя – 58 % и ТНА с газогенератором – 27 % от всего объема (~ 740) испытаний систем питания двигателя. Таким образом, наибольший объем испытаний приходится на отработку насосных агрегатов на жидком кислороде. Это вызвано влиянием на работоспособность насоса свойств перекачиваемой среды, способа уравновешивания осевой и радиальной сил, параметров уплотнительных систем и др., так как в среде жидкого кислорода возможно возгорание элементов насоса при попадании посторонних предметов в полость насоса и нарушении зазоров в роторной части насоса (например, при задевании ротора о корпус).
На огневом стенде проводят огневые испытания, связанные с процессами горения в камере и газогенераторе, с функционированием систем двигателя, управлением процессами запуска и выключения. Отработка включает как автономные испытания газогенератора (ГГ), камеры сгорания (КС), имитатора двигателя, так и комплексные испытания двигателя и ДУ.
Для примера на рис. 13.1 и 13.2 показаны стенды НИЦ РКП: вертикальный стенд для проведения огневого испытания ДУ тягой 11760 кН в наземных условиях на различных компонентах топлива (керосин – кислород, НДМГ – АТ) и горизонтальный стенд на два рабочих места для испытаний ЖРД тягой до 2000 кН на кислородно-водородном топливе с имитацией высотных условий выхлопными диффузорами.
Рис. 13.1. Вертикальный стенд НИЦ РКП. Испытание двигательной установки тягой 11760 кН
На рис. 13.3 представлен испытательный стенд ЖРД для огневых испытаний двигателя F-1 (США). Топливо кислород – керосин. Тяга испытываемых двигателей - до 6800 кН.
Рис. 13.2. Компоновка горизонтального стенда для испытаний ЖРД на кислородно-водородном топливе с имитацией высотных условий выхлопными диффузорами
Рис. 13.3. Стенд для испытания ЖРД F-1 (США)
13.1. Экспериментальные установки для контроля гидравлических сопротивлений
При испытании и контроле работоспособности агрегатов двигателя используются устройства (стендовые имитаторы) для воспроизведения гидродинамических нагрузок. По типу рабочего тела их можно разделить на две группы:
- проливочные, в которых в качестве рабочего тела используется жидкость;
- продувочные, в которых в качестве рабочего тела используется газ.
По способу измерения контролируемых параметров проливочные установки можно разделить также на две группы:
- определяющие значения измеряемого параметра по показаниям одного прибора или по показаниям нескольких приборов, от которых известным образом зависит измеряемый параметр;
- использующие в процессе измерения эталоны (известные меры), с которыми сравнивается измеряемый параметр.
Гидравлическое сопротивление можно определить:
при заданном массовом или объемном расходе жидкости, пропускаемой через объект испытания, когда устанавливается значение перепада давления;
при заданном перепаде давления, когда устанавливается значение массового или объемного расхода.
Схема проливочной установки, в которой пропускается рабочее тело с заданным расходом и устанавливается значение перепада давления, показана на рис. 13.4.
Стабильные результаты при многократных испытаниях могут быть получены при поддержании в определенных пределах плотности и вязкости жидкости, в связи с чем в установке предусмотрено регулирование температуры, которая измеряется термометром 3. Для регулирования температуры в бак помещены два змеевика, через один из которых пропускается пар, если необходим подогрев, а через другой – вода, если необходимо охлаждение. Для уменьшения уровня пульсаций давления в напорном трубопроводе установки предусмотрен гидрогаситель, состоящий из дросселя 6 и гидроаккумулятора 7 с воздушной подушкой.
Рис. 13.4. Схема проливочной установки, работающей по методу контроля перепада давления при постоянном расходе:
1 – объект испытания; 2 – манометр; 3 – датчик температуры; 4 – мерное сопло; 5 – дифманометр, 6 – дроссель; 7 – гидроаккумулятор; 8 – фильтр тонкой очистка; 9 – насос; 10 – фильтр предварительной очистки; 11 – вентиль байпасный; 12 – бак с теплообменником
Схема
проливочной установки, работающей по
методу контроля расхода при постоянном
давлении жидкости, показана на рис.
13.5.
Рис. 13.5. Схема проливочной установки, работающей по методу контроля расхода при постоянном давлении жидкости:
1 – манометр; 2 – объект испытания; 3 – приемник жидкости (пеногаситель); 4 – перекидное устройство; 5 – бак; 6 – весы; 7 – таймер
Поток проливочной жидкости сначала поступает в приемник, затем – в перекидное устройство, которое может направлять поток либо в емкость, закрепленную на весах, либо на слив до установления стационарного режима. При установлении перекидного устройства в положение слива жидкости в бак включается секундомер. По истечении заданного времени перекидное устройство снова устанавливается в положение, при котором поток жидкости направляется на слив. При этом прибор, измеряющий время, выключается. По измеренному времени и массе жидкости определяется расход. По предложенной схеме проводится градуировка расходомерных устройств топливных магистралей стенда. В результате определяется градуировочная характеристика датчиков расхода.