5.9. Результаты испытаний тепловой защиты рдтт

В ходе огневых стендовых испытаний (ОСИ) РДТТ выполняют измерения температуры защищаемой конструкции термометрами сопро­тивления или термопарами, а также температурных полей материалов тепловой защиты [6]. Температуры по толщине элементов тракта из­меряют с помощью термопар, установленных на пробках, и трудности измерения температур в низкотеплопроводных композиционных мате­риалах проявляются в полной мере [24].

Измерение температуры насадков сопел большой степени расшире­ния, выполненных из металлов и углерод-углеродных композиций, проводят оптическими методами. После проведения ОСИ производят обмер величин унесенного и прококсованного слоев по схеме, учитывай) щей особенности создаваемой конструкции и требования надежности.

После спада давления в двигателе на стенде до момента начала тушения водой происходит догорание остатков топлива и газов пиролиза материалов тепловой защиты, продолжающееся вследствие перераспределения тепла, накопленного материалами в период работы двигателя. Свободная конвекция в полости двигателя после спада давления не приводит к увеличению уноса материалов ввиду низкого значения температуры стенки, и измеренные значения величины унесенного слоя можно считать истинными, если при тушении не было разрушения не прочного кокса резиноподобных материалов.

Но величина прококсованного слоя, измеренная после разрезки остывшего двигателя, превышает истинные значения в момент окончания работы двигателя вследствие дополнительного коксования поел спада давления.

Численные оценки влияния граничных условий в полости двигателя на дополнительное коксование углепластика сверхзвуковой части сопла РДТТ представлены на рис. 5.51.

Рис. 5.51. Дополнительное коксование углепластика сверхзвуковой части сопла после окончания работы двигателя:

1 - изменение давления во времени; 2 - расчетное перемещение изотермы 573 К при изолированной стенке для t>65 с; 3 - расчетное перемещение изотермы 573 К при свободной конвекции в полости двигателя для t>65 с; 4 - расчетное перемещение изотермы 573 К при излучении стенки в окружающую двигатель среду за срез сопла для t>65 с; 5 - толщина углепластика, полностью прококсованная к 88 с.

Решение одномерного уравнения теплопроводности с учетом пиролиза связующего выполнено для трех вариантов граничных условий после спада давления:

изолированная стенка;

свободная конвекция при значении температуры газа, равной значению температуры продуктов сгорания после адиабатического расшире­ния до атмосферного давления;

сток тепла излучением в окружающую двигатель среду через выход­ное сечение сопла.

Результаты численного моделирования показывают, что перемеще­ние изотермы 573 К не зависит от вида граничного условия в течение 15с после спада давления и полностью определяется энергией, накоплен­ной материалом в период работы двигателя. Небольшое влияние гранич­ных условий начинает сказываться после 15с, и оно тем будет больше, чем больше величина унесенного слоя, так как за время работы двигате­ля будет меньше накоплено тепла в прококсованном слое.

Расчетная толщина углепластика полностью коксуется спустя 23с после окончания работы двигателя; если бы это произошло в физичес­ком эксперименте, то результаты дефектации дали бы завышение истин­ной толщины кокса на 18%.

Хранение на машинном носителе информации и обработку резуль­татов испытаний можно реализовать с помощью системы управления БД. Фрагмент дерева описания данных испытаний соплового блока гипотети­ческого двигателя приведен на рис. 5.52, а дерево данных должно охва­тывать всю информацию о тепловой защите и общих параметрах двига­теля и стенда.

Экспериментальную информацию можно разделить на факторы и отклики. К факторам относят все условия ОСИ, а к откликам — резуль­таты испытаний. Факторы состоят из следующих групп:

режимы работы двигателя и стенда;

конструкция двигателя и соплового блока;

конструктивное выполнение элементов соплового блока;

технологические параметры изготовления элементов тракта.

К первой группе относят индекс испытания, тип стенда, дату испы­тания, полное время работы двигателя, средние, максимальные и мини­мальные давления в корпусе двигателя, давление и температура атмос­феры на стенде, давление и температуру в донной области газодинами­ческой трубы, время выхода на режим эжекции, момент времени отсеч­ки тяги, наличие предварительных эксплуатационных испытаний двига­теля (длительное хранение, транспортировка), температуру, марку и массу заряда.

Вторая группа включает в себя индекс двигателя, заводские номера двигателя и основных элементов, номера чертежей, программы функцио­нирования устройств создания управляющих усилий, геометрические размеры двигателя.

К третьей группе относят координаты сечений обмера элементов тракта, число слоев материалов в сечении, углы ориентации слоев напол­нителей (осей прессования, осаждения) материалов тепловому потоку, индексы элементов, марки материалов слоев.

В четвертую группу включают технологические режимы изготовле­ния элементов тракта из композиционных материалов.

Рис. 5.52. Пример дерева описания данных отработки тепловой защиты двигателя на стенде

Откликами служат данные по величинам унесенного и прококсованного слоев материалов тепловой защиты в меридиональных плоскостях сечений тракта. Записи подлежат величины и представляющие собой унос и кокс в i-й точке обмера по j-й базе. Откликами являются также экспериментальные значения температур защищаемой конструк­ции Тв конечный момент времени работы двигателя, а также качественная оценка аномальных результатов испытаний тепловой защиты (наличие локальных прогаров, трещин, отслоений и т.п.).

Первичную статистическую обработку результатов выполняют прикладными программами, имеющими обращение к базам данным. Резуль­таты расчетов в виде математических ожиданий и дисперсий величин уноса, толщин, прококсованного слоя, температур конструкций в сече­ниях тракта подлежат опять записи в БД для дальнейшего использова­ния при анализе создаваемого РДТТ и получения алгебраических соот­ношений быстрых оценок искомых параметров тепловой защиты.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абугов Д.И., Бобылев В.М. Теория и расчет ракетных двигателей твердого топлива. М.Машиностроение, 1987. 272 с.

2. Алемасов В.Б., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П. Теория ракетных двигателей. Под ред. В.П. Глушко. М. Машиностроение, 1980. 536 с.

1. Аэромеханика и газовая динамика. М: Наука. 1976. 296 с.

3. Боровой В.Я. Течение газа и теплообмен в зонах взаимодействия ударных волн с пограничным слоем. М.: Машиностроение, 1983.144 с.

4. Васенин И.М. и др. Газовая динамика двухфазных течений в соплах. Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1986. 264 с.

6. Виницкий А.М. и др. Конструкция и отработка РДТТ. М. Машиностроение, 1980. 230 с.

7. Глушко В.П. Развитие ракетостроения и космонавтики в СССР. М. Машиностроение, 1981. 205 с.

8. Годунов С.К. и др. Численное решение многомерных задач газовой динами­ки. М.: Наука, 1976. 400 с.

9. Гришин А.М., Фомин В.М. Сопряженные и нестационарные задачи механики реагирующих сред. Новосибирск: Наука, 1984. 316 с.

10. Дюнзе М.Ф., Жимолохин В.Г. Ракетные двигатели твердого топлива для космических систем. М.Машиностроение, 1982. 260 с.

11. Заморин А.П., Мячев А.А., Селиванов Ю.П. Вычислительные машины, системы, комплексы. Справочник. М.:Энергоатомиздат, 1985. 264 с.

12. Зарубин B.C. Прикладные задачи термопрочноети элементов конструкции. М. Машиностроение, 1985. 292 с. |

13. Калинин В.В., Ковалев Ю.Н., Липанов А.М. Нестационарные процессы и методы проектирования узлов РДТТ. М. Машиностроение, 1986. 216 с.

14. Космонавтика. Энциклопедия. М..-Советская энциклопедия, 1985. 528с.

15. Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Тепломассообмен и трение в турбулент­ном пограничном слое. М.: Энергия, 1978. 344 с.

16. Мармер Э.Н. Углеграфитовые материалы. М.Металлургия, 1973. 135 с.

17. Николаев ЮМ., Соломонов Ю.С. Инженерное проектирование управляемых баллистических ракет с РДТТ. М.: Воениздат, 1979. 240 с.

18. Орлов Б.В., Мазннг Г.Ю. Термодинамические и баллистические основы проектирования РДТТ. М.Машиностроение, 1979. 392 с.

19. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике. / Под ред. В.К. Кошкина. М.Машиностроение, 1975. 623 с.

20. Панкратов Б.М., Полежаев Ю.В., Рудько А.К. Взаимодействие материалов с газовыми потоками. М.Машиностроение, 1976. 224 с.

21. Пасконов В.М., Полежаев В.И., Чудов Л.А. Численное моделирование про­цессов тепло- и массообмена. М.: Наука, 1984. 89 с.

23. Пирумов У.Г., Росляков Г.С. Течение газа в соплах. М.: Изд-во МГУ, 1978. 288 с.

24. Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. Тепловая защита. М.: Энергия, 1976. 391 с.

25. Применение ЭВМ для термодинамических расчетов металлургических процессов /Синярев Г.Б., Ватолин В.А., Трусов Б.Г., Моисеев IX М.: Наука, 1982 261 с.

26. Присняков В.Ф. Динамика ракетных двигателей твердого топлива. М. Машиностроение, 1984. 248 с.

27. Сверхзвуковые неизобарические струи газа. М. Машиностроение, 1985. 248 с.

28. Свойства конструкционных материалов на основе углерода. Справочник / Под ред. В.П. Соседова. М.: Металлургия, 1975. 266 с.

29. Соркин Р.Е. Теория внутрикамерных процессов в ракетных системах на твердом топливе. М.: Наука, 1983. 288 с.

30. Спринжер Дж. С. Эрозия при воздействии капель жидкости. М. Машиностроение, 1981. 199 с. '

31. Стернин Л.Е., Маслов Б.Н., Шрайбер А.А., Подвысоцкий A.M. Двухфазные моно- и полидисперсные течения газа с частицами. М. Машиностроение, 1980. 172 с.

32. Тепло- и массообмен. Технический эксперимент. Справочник / Под ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. М.: Энергоиздат, 1982. 510 с.

33. Фахрутдинов И.Х., Котельников А.В. Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива. М. Машиностроение, 1987. 328 с.

34. Шец Дж. Турбулентное течение. Процессы вдува и перемешивания. М.Мир, 1984. 247 с.

35. Шишков А.А., Румянцев Б.В. Газогенераторы ракетных систем. М.Маши­ностроение, 1981. 152 с.

36. Шишков А.А., Силин Б.М. Высотные испытания реактивных двигателей.

М.Машиностроение, 1985. 208 а

37. Шленский О.Ф., Шашков А.Г., Аксенов Л.Н. Теплофизика разлагающихся материалов. М.: Энергоатомиздат, 1985. 144 с.

38. Щеверов Д.Н. Проектирование беспилотных летательных аппаратов. М. Ма­шиностроение, 1979. 263 с.

39. Эрозия / Под ред. К. Прис. М.Мир, 1982. 464 с.

40. Юдаев Б.Н. Теплопередача. М.: Высшая школа, 1981. 319 с.

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

Аварийный исход испытаний 60, 154 - - - многошашечный 22, 28, 31, 86

Агрегаты алюминия 50 - - - секционный 81,82 Акустические колебания газа 57, 58 - - - щелевой 28, 79

База данных 226...228 Интенсивность турбулентности 165,189

Баланс энергии 201 Интенсификация теплообмена 169,182,

Барокамера 145, 146,152,154 186, 189, 190

Бессопловой РДТТ 61,112 Истечение адиабатическое 104

Вдув (впрыск) газа (жидкости) 33, - - - изотермическое 104

35, 137, 184 - - - нестационарное 108

Вектор проектных параметров 43

Величина унесенного слоя 200, 203 Кинетический режим окисления 197-199

Волновое число 182 -

Воспламенительное устройство 37, 38 Коксовое число материала 201, 222 - - - у сопла 92 Корпус воспламенительного устройства 37

Газовый руль 34, 136 - - - РДТТ 23

• - - системы старта 14 Коэффициент аккомодации 210, 211

• - - стендовый 14, 19, 222 - - - аналогии 172

Газодинамические функции 69, 72, 76 - - - восстановления полного

ГПЗ,14,35 давления 75,78,157

Граничное условие 212, 216, 217 восстановления температуры 164 Десорбция продуктов реакции 197 - - - заполнения 30, 31 Дефлектор 33, 36, 135, 136 - - - линейного расширения Деформация заряда 59,83, 86 твердого топлива 87 Диафрагма 32, 74, 84 - - - рассеяния 195 Дифференциальная установка 117 - - - расхода 59 Диффузионный режим окисления 197, - - - средней скорости горения 78 198,203,206 - - - теплоемкости 219, 221 Доля механического разрушения 204, - - - теплопроводности 216,217, 220 205 - - - теплообмена 162, 177, 180, - - - наполнителя 204 182, 184, 199,212

- - - связующего 213,214 - - - усиления при вдуве газа 138

Дымный ружейный порох 19, 37, 52 Ламинаризация 176

Задержка воспламенения 54, 93, 97 Массовая скорость уноса 198, 201 207

Запуск диффузора 148, 151, 152 Модель с пористыми стенками 112,177

- - - сопла 143, 151 Момент шарнирный 35, 36

Заряд твердого топлива 28 Нестационарный теплообмен 184, 186

- - - всестороннего горения 29, 84 Неизотермичность 168

Окислительный потенциал 199 Температура горящей поверхности 47,

Отсечка тяги 39 48

- - - отделением сопловой части 39,102 - - - продуктов сгорания 50

• - - открыванием сопел 39,101 Тензор теплопроводности 216

- - - перемещением сопла 40, 105 Тепловой защиты материалы 25, 26,

Пакет прикладных программ 42 218

Параметр вдува 164 Тепловой эффект 201, 213

Пиролиз195, 220, 222 Течение двухмерное 109, 111, 120

Плоскость разделения потоков 84 - - - замороженное 53

Потери давления торможения 71 - - - многофазное 120, 128

- - - импульса 122 - - - одномерное 50, 66, 91

- - - из-за многофазности 123, 128, 130 - - - пространственное 112, 133

- - - рассеяния 123, 128 Топливо твердое ракетное 15

- - - трения 124 - - - смесевое 15, 18 51

- - - утопленности сопла 129, 130 - - - баллиститное 15, 16

- - - химической неравновесности - - - низкотемпературное 15, 18, 53

123 124 - - - пиротехническое 15,17,19

Продольные вихри 181 - 183 - - - порошкообразное 19

Путь смешения 171,173 - 175 Тротиловый эквивалент 154

Пульсирующее горение 57,58 Турбулентный отрыв потока 135,137,142,155

Разброс давления 55, 56,87, 89 Турбулентная вязкость 172 - 174

- - - площади и углов наклона отсечных Турбулентность ядра потока 165 сопел 101 Угол ориентации тепловому потоку 218,227

Ракеты масса стартовая 21 Удельный импульс 14, 50, 70, 156

- - - неуправляемые 8, 9 - - - боковой силы 138 - - - управляемые 8

- - - баллистические 8,12 Условия гашения 104,106

Свободная конвекция 191 Цилиндрическая горловина сопла 179

Скачок уплотнения на стенке 159, 180

Скорость горения 48 Число Дамкелера 160

- - - в зависимости от температуры 44 - - - Грасгофа 191

- - - давления-16,17,20,45 - - - Нуссельта 162,189

- - - деформации 46 - - - Рэлея 191

- - - скорости потока 45,58 - - - Стантона 162,168,177,179,186

- - - ускорения 46,58 Шероховатость поверхности 164,

- - - распространения пламени 95 169 —171, 224

Сопло 9,23,25 Химическая адсорбция 197 - - - поворотное 9,25, 33,35 Химическое взаимодействие 197, 202, 207 - - - профилированное 113,118

- - - стартовое 61 Экранирующий эффект 208, 211

Степень термодеструкции 219

- - - черноты 193 196 Эксцентриситет реактивной силы 131 Структура композиционных Энергия активации 198

материалов 218 Эрозия 208

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие …………………………………6