CC BY
24Входной регулятор постоянного тока в сочетании с нерегулируемым инвертором обеспечивает неизменную прямоугольную форму тока независимо от входного напряжения и сопротивления нагрузки. Подключив к выходу инвертора Ь-фильтр, можно исключить влияние кабелей, при этом форма тока станет экспоненциальной. Таким образом, при воздействии всех дестабилизирующих факторов форма и амплитуда тока меняются незначительно (рис. 2).
Поскольку регулятор расположен на входной (высоковольтной) стороне, то энергетические и массога-баритные характеристики полученного устройства заметно лучше, чем у использующихся источников
питания с выходным низковольтным выпрямителем, а погрешность измерения переменного тока неизменной формы можно существенно снизить за счет компенсации статической ошибки.
Электропитание нагревательных элементов электрореактивного плазменного двигателя переменным током - это перспективное направление развития СПУ, позволяющее улучшить массогабаритные и энергетические показатели как самой СПУ, так и двигательной установки в целом.
© Мошняков А. А., Михайлов М. В., 2014
УДК 621.454.2;629.76;629.78
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЛИТЫХ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ ТУРБОНАСОСНОГО АГРЕГАТА ЖРД
М. В. Резанова1, Г. Г. Крушенко12
1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected] 2Институт вычислительного моделирования СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/44 E-mail: [email protected]
Представлены результаты применения технологий, которые обеспечивают повышение качества литых корпусных деталей турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя.
Ключевые слова: жидкостный ракетный двигатель, турбонасосный агрегат, качество корпусных деталей.
IMPROVING THE QUALITY OF THE CAST BODY PARTS OF TURBOPUMP ASSEMBLY OF LIQUID-PROPELLANT ROCKET ENGINE
M. V. Resanova, G. G. Krushenko
1 Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation. E-mail: [email protected]
2Institute of Computational Modeling SB RAS 50/44, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation. E-mail: [email protected]
The results of applying technologies that provide improved quality to cast body parts within turbo-pump assembly of liquid-propellant rocket engine are presented.
Keywords: liquid-propellant rocket engine, turbo-pump assembly, quality of body parts.
В жидкостных ракетных двигателях (ЖРД) [1] подача компонентов топлива - окислителя и горючего -в камеру сгорания осуществляется насосами, которые приводятся во вращение газовой турбиной. В совокупности насосы с газовой турбиной образуют единый энергетический узел - турбонасосный агрегат (ТНА), являющийся одним из основных агрегатов ракетного двигателя [2].
По отношению к условиям эксплуатации комплектующие ТНА детали условно можно разделить на две группы - подвижные (вращающиеся), к которым относятся вал с установленными на нем рабочими коле-
сами (ротор), и неподвижные - литые корпуса (см. рисунок), внутри которых располагается ротор [3].
Для литья корпусов ТНА применяли алюминиево-кремниевые сплавы доэвтектического состава с легированием их упрочняющими добавками, вследствие того, что эти сплавы характеризуются высокими технологическими и физико-механическими характеристиками, гарантирующими надежность их работы в сложно-нагруженных условиях [3; 4].
Однако при этом одной из основных проблем, связанных с производством отливок из алюминиево-кремниевых сплавов, является пористость [5]. Обра-
Ракетно-космические двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования летательныхаппаратов
зующиеся в процессе кристаллизации поры ослабляют сечение отливок, тем самым снижая их механические свойства и ухудшая эксплуатационные характеристики, такие, например, как герметичность - характеристика, важнейшая для корпусных деталей ТНА [6], которые работают под внутренним давлением до 500 атм.
Отливка одного из корпусов ТНА (URL: http://www.yuzhmash.com/ru/product.php?page=uzliavto)
С целью удаления водорода производят дегазацию расплава хлорсодержащими соединениями, например, хлористым магнием MnC12, гексахорэтаном С2С16 и др.
Другим дефектом отливок, в том числе из алюминиевых сплавов, являются так называемые «усадочные» дефекты, присутствующие в виде в виде рассеянных или сосредоточенных пустот, что связано с недостатком питания жидким металлом затвердевающего металла [7]. Усиление питания отливок производится разными способами, что можно проиллюстрировать на примере освоения литья корпусных деталей ТНА из алюминиево-кремниевого сплава, близкого по составу к американскому сплаву А356 [7].
На начальном этапе освоения корпусные детали ТНА отливали в песчано-глинистые формы, в которых сплав затвердевал с медленным теплоотводом, что нарушало правило направленного затвердевания металла и вызывало появление усадочных раковин в тепловых узлах отливок. С целью обеспечения требуемого характера затвердевания на песчаных стержнях, оформляющих внутренние полости отливок, устанавливали так называемые «холодильники» - металлические криволинейные пластины разной толщины, которые усиливали теплоотвод от кристаллизующегося металла. Места установки холодильников определяли в результате 100-процентного рентгеновского просвечивания отливок, которые выявлялись на пленках в виде потемнения.
При этом также после установления точных координат и контуров дефекта металл в этом месте вырубали на нужную глубину и производили его заварку аргоно-дуговым способом плавящимися электродами, которые отливали из этого же сплава. Окончательная пригодность деталей устанавливается в результате пневмо- или гидроиспытаний на герметичность.
Ввиду достаточно большого объема работ по заварке дефектов корпусных деталей, отливаемых в песчано-глинистые формы, а также относительно большого количества отливок с неисправимыми дефектами, было принято решение отливать детали
в металлическую форму (кокиль), в результате чего качество отливок повысилось за счет увеличения скорости охлаждения металла, что приводит к формированию мелкокристаллической структуры отливки и, как результат, к получению отливок с более высокими механическими свойствами, чем при литье в песчано-глинистые формы. Кроме того, резко уменьшился брак по пористости и усадочным дефектам за счет направленного затвердевание металла в результате организации теплового режима кокиля в направлении от более низкой температуры в нижней его части к более высокой - в верхней. Такой режим обеспечивало, во-первых, применение принудительного охлаждения нижней части кокиля сжатым воздухом, во-вторых, покраска рабочих поверхностей кокиля огнеупорными составами, которые обеспечивали уменьшение теплооотвода и теплопередачу от заливаемого сплава в направлении от нижней части кокиля к верхней. При этом также были изменены расположение и толщины устанавливаемых на песчаных стержнях холодильников.
В результате литья корпусных деталей ТНА в кокиль брак снизился до приемлемых значений.
Библиографические ссылки
1. Добровольский М. В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования : учебник для вузов. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. 488 с.
2. Чванов В. К., Кашкаров А. М., Ромасенко Е. Н. и др. Турбонасосные агрегаты ЖРД конструкции НПО «Энергомаш» // Конверсия в машиностроении. 2006. № 1. С. 15-21.
3. Моисеев В. А., Тарасов В. А., Колмыков В. А. и др. Технология производства жидкостных ракетных двигателей. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008. 381 с.
4. Махутов Н. А., Рачук В. С., Гаденин М. М. и др. Прочность и ресурс ЖРД. М. : Наука, 2011. 525 с.
5. Ammar H. R., Samuel A. M., Samuel F. H. Porosity and the fatigue behavior of hypoeutectic and hypereutectic aluminum-silicon casting alloys // International J. of Fatigue. June 2008. Vol. 30, iss. 6. P. 1024-1035.
6. Irfan M. A., Schwam D., Karve A., Ryder R. Porosity reduction and mechanical properties in die engine blocks // Materials science and engineering, 15 February 2012. Vol. A 535. P. 108-114.
7. Bayani H., Mirbagheri S. M. H., Barzegari M., Firoozi S. Simulation of unconstrained solidification of A356 aluminum alloy on distribution of micro/macro shrinkage // J. of Materials Research and Technology. January-March 2014. Vol. 3, iss. 1. P. 55-70.
References
1. Dobrovol'skij M. V. Zhidkostnye raketnye dvigateli. [Liquid-propellant rocket engines. Design basis: Textbook for universities]. Moscow, Izd-vo MGTU im. N. Je. Baumana, 2005. 488 p.
2. Chvanov V. K., Kashkarov A. M., Romasenko E. N. i dr. [Turbopump units LRE design NPO Energo-mash]. Konversija v mashinostroenii, 2006, no. 1, p. 1521 (In Russ.).
3. Moiseev V. A., Tarasov V. A., Kolmykov V. A. i dr. Tehnologija proizvodstva zhidkostnyh raketnyh dvigatelej [Production technology of liquid rocket engines]. Moscow, Izd-vo MGTU im. N. Je. Baumana, 2008. 381 p.
4. Mahutov N. A., Rachuk V. S., Gadenin M. M. i dr. Prochnost' i resurs ZhRD [Strength and resource LRE]. Moscow, Nauka, 2011. 525 p.
5. Ammar H. R., Samuel A. M., Samuel F. H. [Porosity and the fatigue behavior of hypoeutectic and hypereutectic aluminum-silicon casting alloys]. International Journal of Fatigue, June 2008, vol. 30, Issue 6, p. 1024-1035.
6. Irfan M. A., Schwam D., Karve A., Ryder R. [Porosity reduction and mechanical properties in die engine blocks]. Materials science and engineering, 15 February 2012. vol. A 535, p. 108-114.
7. Bayani H., Mirbagheri S. M. H., Barzegari M., Firoozi S. [Simulation of unconstrained solidification of A3 56 aluminum alloy on distribution of micro/macro shrinkage]. Journal of Materials Research and Technology. January-March 2014. vol. 3, issue 1, P. 55-70.
© Резанова М. В., Крушенко Г. Г., 2014
УДК 629.78
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
Ф. В. Танасиенко, Э. В. Замятина
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Представлено описание методики проведения теплового расчёта электронных приборов (ЭП), работающих в открытом космосе.
Ключевые слова: СТР КА, математическое моделирование СТР КА.
THERMAL CALCULATION OF SPACECRAFT ELECTRONIC DEVICES
F. V. Tanasienko, E. V. Zamyatina
Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation. E-mail: [email protected]
The methodology for thermal calculating the electronic devices working in outer space is presented. Keywords: thermal control system of spacecraft, mathematical modeling of thermal control system.
Основой конструкции современных спутников является их негерметичное исполнение, т.е. все спутниковые приборы способны работать в открытом космосе. В условиях космического пространства передача тепла конвекцией исключается. Следовательно, рассматривается только передача тепла теплопроводностью и тепловое излучение [1].
Конструктивно приборы состоят из алюминиевых рамок (рис. 1). Рамки между собой собираются в модули, скреплённые винтами. Каждая рамка также крепится винтами к кронштейнам. К основаниям рамок приклеены склейки плат из стеклотекстолита, на которых и располагаются ЭРИ.
Для электронных приборов (ЭП), работающих в открытом космосе, характерными являются нестационарные режимы функционирования. Температуры в таких приборах непрерывно изменяются по времени под действием переменных внутренних и внешних тепловых потоков. В тепловых анализах ЭП выделяют два крайних случая: «горячий» и «холодный».
«Холодный» случай характеризуется следующими основными параметрами:
• минимальные внешние тепловые потоки;
• максимальное внутреннее тепловыделение прибора;
• значения оптических коэффициентов на начало срока активного существования.
«Горячий» случай характеризуется следующими основными параметрами:
• максимальные внешние тепловые потоки;
• минимальное внутреннее тепловыделение прибора;
• значения оптических коэффициентов на конец срока активного существования.
Файл исходных данных для формирования системы дифференциальных уравнений теплового баланса расчетных узлов содержит:
- массивы поглощенных внешних тепловых потоков для заданных положений прибора на орбите;
- коэффициенты кондуктивного и лучистого теплообмена между расчетными узлами;
- внутренние тепловые потоки расчетных узлов;
- теплоемкости расчетных узлов.
