Модернизация тягоизмерительного устройства на испытательных стендах жидкостных ракетных двигателей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.454.2

МОДЕРНИЗАЦИЯ ТЯГОИЗМЕРИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА НА ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ СТЕНДАХ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

А. В. Веселов

1 Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

2АО «Красноярский машиностроительный завод» Российская Федерация, 660123, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 29

E-mail: [email protected]

Предлагается совершенствование методики градуировки тягоизмерительного устройства на испытательных стендах ЖРД. Изучены существующие методики, проанализированы недостатки и предложена возможность введения тензометрических датчиков силы и гидравлического привода.

Ключевые слова: испытательные стенды ЖРД, тягоизмерительное устройство, градуировка.

MODERNIZATION THESMILING THE DEVICE ON THE TEST BENCH LRE

A. V. Veselov1

1Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

2JSC „Krasnoyarsk Machine Building Plant" 29, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660123, Russian Federation E-mail: [email protected]

The article proposes to improve the method of calibration of the load-measuring device on the test benches of the LRE. Studied existing techniques, analyzed the deficiencies and proposed the possibility of introducing a strain-gauge force sensors and the hydraulic actuator.

Keywords: LRE test stands, load-measuring device, calibration

Важнейшей задачей при испытании изделий ракетно-космической техники является обеспечение качества, надежности функционирования и получение точной информации о состоянии испытываемого изделия.

Жидкостный ракетный двигатель представляет собой изделие, работающее в условиях больших давлений, температур, инерционных и динамических нагрузок [1]. Одним из важнейших параметров жидкостного ракетного двигателя является тяга, развиваемая двигателем. Тяга ЖРД - это параметр нулевой категории, и погрешность при ее определении не должна превышать 0,5 %.

Испытания ракетных двигателей осуществляются на специально оснащенных испытательных комплексах. Испытательные комплексы состоят из стендов для установки двигателей; наблюдательных бункеров, из которых осуществляется управление процессом испытаний; емкостей для хранения компонентов топлива; химических, измерительных, вычислительных и других лабораторий; производственных и приборных мастерских, монтажных помещений для проведения работ с двигателем до и после испытания [2].

Стенд эксплуатировался длительное время и претерпел ряд модернизаций. Однако конструкция тяго-

измерительного устройства сохранилась в оригинальном варианте изготовления и к настоящему времени морально устарела. Тягоизмерительное устройство (см. рисунок) входит в систему измерений параметров двигателя при испытаниях и состоит из преобразователя тяги в электрический сигнал, передающего его на аналого-цифровой преобразователь. Преобразователь тяги представляет собой упругий элемент, преобразующий перемещения в электрический сигнал.

Основным недостатком существующей конструкции преобразователя тяги является трудоемкость процесса градуировки. При градуировке преобразователь тяги через систему рычагов нагружается съемным набором гирей значительной массы. В системе рычагов действуют значительные усилия, на поверхностях контакта рычагов (призмы и подушки) напряжения вызывают износ материала и изменение коэффициента преобразования усилий. Градуировка проводится непосредственно перед каждым испытанием ЖРД по нескольким повторяющимся циклам последовательного навешивания возрастающих и уменьшающих масс.

Установка и снятие гирей производится работниками вручную, что требует значительных физических усилий и затрат времени.

Проектирование, производство и испытания двигателей летательных аппаратов

Схема тягоизмерительного устройства: 1 - стойка; 2 - рама; 3 - рама стендовая; 4 - рама переходная; 5 - пружина Ш-образная; 6 - винт стопорный; 7 - силоизмеритель; 8 - вкладыш регулировочный; 9 - рычаг А1; 10 - рычаг А2; 11 - рычаг Б1; 12 - рычаг Б2; 13 - тяга; 14 - тендер; 15 - стойка; 16 - подвеска; 17 - винт; 18 - груз балансировочный

Для облегчения, ускорения и повышения точности процесса градуировки тягоизмерительного устройства предлагается изменить методику градуировки нагру-жения гирями и перейти на гидравлический привод с тензометрическими или пьезометрическими преобразователями.

В качестве тензоизмерительного преобразователя предлагается динамометр 3-го разряда (ДОС-3) на растяжение как эталон. Принцип действия динамометра состоит в том, что под действием приложенной нагрузки происходит деформация упругого элемента, на котором нанесем тензорезисторный мост. Деформация упругого элемента вызывает разбаланс тензо-резисторного моста. Электрический сигнал разбаланса моста поступает во вторичный измерительный преобразователь для аналого-цифрового преобразования, обработки и индикации результатов измерений [3]. Динамометр 3-го класса с погрешностью 0,12 % обеспечит выполнение требований государственной пове-

рочной схемы по передаче единиц силы. В качестве гидропривода может использоваться гидропресс с ручным приводом на 2 тонны. Динамометр необходимо закрепить на рычагах поз. 11, 12. Гидропривод будет закреплен с одной стороны к динамометру, с другой стороны к полу. Усилие на рычаги будет путем нагружения через гидропривод, при этом необходимо контролировать показания динамометра.

При составлении протокола градуировки необходимо учитывать массу динамометра и системы на-гружения.

Преимущества предложенной конструкции:

1. Уменьшит случайную составляющую погрешность.

2. Уменьшит вариацию (более стабильная градуи-ровочная характеристика).

3. Сократит время проведения градуировки.

4. Значительно уменьшит трудоемкость процесса градуировки.

В дальнейшем в работе планируется разработка автономной системы градуирования с обратной связью. Это позволит производить градуировку дистанционно с высокой точностью.

Библиографические ссылки

1. Испытание и обеспечение надежности ракетных двигателей : учебник / А. И. Коломенцев, М. В. Краев, В. П. Назаров и др. ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т ; Моск. авиац. ин-т. Красноярск, 2006. 336 с.

2. Технология производства жидкостных ракетных двигателей : учебник / В. А. Моисеев, В. А. Тарасов, В. А. Колмыков, А. С. Филимонов ; под ред. В. А. Моисеева и В. А. Тарасова. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008, 381 с.

3. ГОСТ 9500-84. Динамометры образцовые переносные. Общие технические требования. М. : Стан-дартинформ, 1984. 7 с.

References

1. Ispytaniye i obespecheniye nadezhnosti raketnykh dvigateley [Testing and ensuring the reliability of rocket engines] : studies / A. I. Kolomentsev, M. V. Kraev, V. P. Nazarov, etc.; Sib. State. Aerocosmic. un-t ; Mosk. Aviation. un-t. Krasnoyarsk Publ., 2006. 336 p.

2. Tekhnologiya proizvodstva zhidkostnykh raketnykh dvigateley : uchebnik [Production technology of liquid rocket engines: the Textbook] / V. A. Moiseev, V. A. Tarasov, V. A. Kalmykov; A. S. Filimonov; ed. by V. A. Moiseev and V. A. Tarasov. Moscow, BMSTU Publ., 2008. 381 p.

3. GOST 9500-84. Dinamometry obraztsovyye perenosnyye. Obshchiye tekhnicheskiye trebovaniya [State Standard 9500-84. Dynamometers are model portable. General technical requirements]. Moscow, Stan-dartinform Publ., 1984. 7 p.

© BecejioB A. B., 2018