CC BY
41
Секция
«ДВИГАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ И КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ»
УДК 621.438:621.675.001.2
А. В. Белоногов Научный руководитель - Д. А. Жуйков Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ТЕЧЕНИЯ В БОКОВОЙ ПАЗУХЕ ТУРБИНЫ ТУРБОНАСОСНОГО АГРЕГАТА
Рассматривается задача по проектированию экспериментальной установки по изучению вращательного течения в осевом зазоре между диском и корпусом ТНА.
Основным объектом исследования полостей вращения двигательных установок ЛА являются конструктивные элементы турбомашин, насосов, компрессоров и газовых турбин: корпус, подводящее устройство турбин, боковые полости вращения между рабочим колесом и стенкой корпуса лопаточной машины (рис. 1), полости гидродинамических уплотнений и т. п.
Основными эксплуатационными факторами, определяемыми течением в полостях вращения агрегатов двигательных установок, являются: величина утечек (расходный к.п.д.), распределение давления по боковым поверхностям (основной источник осевой силы), момент сопротивления трения и др.
Ссуществующая на сегодняшний день методика расчета [1, с. 110-112] носит критериально-эмпирический характер и основана на обработке экспериментальных результатов, что не всегда обеспечивает требуемую точность расчета гидродинамических характеристик.
Необходимость экспериментально-теоретического уточнения расчетных методик течения в боковой пазухе является актуальной задачей, которая позволит существенно снизить материальные и временные затраты на эскизное проектирование, испытания и доводку современных образцов двигательных установок летательных аппаратов.
В задачу данного экспериментального исследования входят следующие вопросы:
1. Определение перепада давления в полости;
2. Определение градиента давления по радиусу полости;
3. Определение изменения угловой скорости потока газа;
4. Определение момента сопротивления трения газа о стенку диска;
Основные факторы, которые определяют характер течения газа:
- геометрия полости;
- режимные параметры (угловая скорость вращения диска, расход рабочего газа);
- свойства рабочего газа (плотность, вязкость).
Эскизный проект установки основывался на предварительных исследованиях, которые были проведены в специальном программном обеспечении [2] по расчету вращательного течения вязкой несжимаемой жидкости в конической щели.
Экспериментальная установка (рис. 2) состоит из ходовой части 1 и крышки 2. В крышке 2 выполнен ряд резьбовых отверстий, в которые устанавливаются приемники давления 3, вводимые в полость конической щели. Ходовая часть экспериментальной установки состоит из корпуса 1 и пакета ротора. К пакету ротора относится сменный конический диск 4, посаженный на вал 5. Все посадочные поверхности корпуса 1 ходовой части выполнены за один установ, что позволяет достигать минимальных зазоров - п = 0,5 мм в конических полостях вращения. Величина зазора «п» регулируется проставочными кольцами по валу и сменным корпусом 2.
Рис. 1. Межосевой зазор в полости вращения турбины (а) и эпюра скорости (б) в межосевом зазоре 1-1
Секция «Двигательные установки и системы терморегулированияЛА и КА»
Рис. 2. Экспериментальная установка
В качестве привода используется электродвигатель постоянного тока в балансирном подвесе мощностью 600 Вт, числом оборотов до 12 000 об/мин. Корпус привода уравновешен пружинящим элементом и противовесом, при появлении крутящего момента электродвигатель проворачивается до нового положения равновесия. Это перемещение улавливается предварительно тарированным тензодатчиком, и изменение сопротивления которого приводит к появлению выходного напряжения на цифровом вольтметре.
Совместно с системой подачи рабочего газа и системой измерения получится экспериментальный стенд для проведения исследований в широком диапазоне изменения различных параметров.
Библиографические ссылки
1. Овсянников Б. В., Боровский Б. И. Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей. 3-е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1986.
2. Жуйков Д. А., Кишкин А. А., Краев М. В., Мелко-зёров М. Г., Черненко Д. В. Расчет течения в конической щели с внутренним вращающемся диском (Conical slot). Программа для ЭВМ. РОСПАТЕНТ, свид. об офиц. регистрации № 2001611149 от 06.09.2001.
© Белоногов А. В., Жуйков Д. А., 2011
УДК 629.78.036.54-63
А. С. Богомолов Научный руководитель - В. Ю. Журавлёв ОАО «Информационные спутниковые системы имени академика М. Ф. Решетнёва», Железногорск
ОСОБЕННОСТИ ОРБИТАЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И НАЗЕМНОГО ХРАНЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ БАКОВ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМ ДИАФРАГМЕННЫМ РАЗДЕЛИТЕЛЕМ
Описываются вытеснительные топливные баки с металлическим диафрагменным разделителем, их достоинства и недостатки. Приводятся температурные условия хранения в заправленном состоянии и орбитальной эксплуатации таких баков. Указываются пути повышения стойкости диафрагмы к циклическим перемещениям. Раскрываются актуальность и научная новизна вопроса создания диафрагм, обладающих повышенной стойкостью к циклическому изменению температур в широком диапазоне.
Для управления пространственным и угловым положением космического аппарата (КА) на орбите искусственного спутника Земли во многих случаях используются монотопливные термокаталитические жидкостные ракетные двигатели малой тяги (ЖРДМТ) с вытеснительной системой хранения и подачи топлива. В отечественной практике в настоящее время преимущественно используются топливные баки с сильфонным разделителем, работающим за счет упругих деформаций, или с металлическим диафрагменным разделителем, выворачивающимся за счет пластического деформирования [1].
Баки с сильфонным разделителем хорошо выдерживают циклические температурные нагрузки, но основным недостатком, ограничивающим их применение, является низкая технологичность. Критическим элементом, определяющим прочность всей конструкции, являются сварные соединения, так как толщина свариваемых деталей мала, а общая длина швов достигает сотен метров [2]. Качество сварки гофр сильфона в значительной мере зависит от квалификации персонала, автоматизировать процесс сварки и применить объективные средства контроля сварного шва затруднительно.
