Тема: Огневые и холодные испытания.
Известно, что рабочий процесс ЖРД, работающего на химическом топливе, связан с горением или разложением какого либо продукта, сопровождающимся количеством теплоты. Причем применение в ЖРД высокоэффективных, а зачастую агрессивных и токсичных компонентов делает процесс испытаний этих двигателей опасным и дорогостоящим. В то же время большинство узлов и агрегатов ЖРД работают в условиях, не связанных непосредственно с процессом горения топлива. В первую очередь это относится к элементам систем подачи, а также управления и регулирования ЖРД. Отработка этих элементов в значительной степени может быть проведена в лабораторных условиях с помощью автономных холодных испытаний. Проведение холодных автономных испытаний позволяет уменьшить объем испытаний полноразмерных двигателей, что существенно сокращает затраты и сроки отработки вновь создаваемых ЖРД, делает процесс отработки контроля качества элементов двигателя более безопасным, позволяет во многих случаях заменить уникальное испытательное оборудование более простым и надежным, чем это возможно на двигателе. Перечисленные особенности холодных испытаний явились причиной широкого внендрения их в практику работ по созданию новых ЖРД и контролю се6рийной продукции. Недостатком этих испытаний является трудность создания таких же условий, какие имеют место в полноразмерном двигателе.
Основные виды холодных испытаний:
Гидравлические проливки трубопроводов, клапанов, регуляторов, форсунок, трактов охлаждения камер сгорания и газогенераторов и т.п., позволяющие определить фактическое сопротивление отдельных элементов конструкции и учесть его при расчете параметров настройки двигателя, оценить равномерность зон распыления топлива по поперечному сечению камеры. Проливки чаще всего производятся водой, а полученные данные пересчитываются затем на натурный компонент топлива и рабочий уровень расхода по формуле
Испытание насосов, задачей которых является определение напорных, мощностных и кавитационных характеристик, используемых для контроля качества серийных насосов и настройки двигателя, а также для оценки конструктивных изменений в насосе в процессе их опытной отработки. При определении характеристик в качестве рабочего тела используется, как правили вода.
Испытания турбин, проводимые как с исследовательскими целями, так и для определения фактических характеристик изготовления турбин. Последние необходимы при расчете параметров настройки двигателя. Автономные испытания турбин можно проводить на натурном газе, но чаще всего применяют модельные рабочие тела – воздух или специально подобранный газ, например фреон.
Испытания по отработке и проверке агрегатов систем управления и регулирования, в процессе которых проводится проверка их функционирования в пределах заданного ресурса или числа включений, определение и отладка регулировочных характеристик, исследование влияния различных внешних факторов на их работу. Данные испытания можно проводить как на натурных, так и на модельных рабочих телах.
Прочностные испытания узлов и агрегатов, которым подвергают значительное число элементов. Эти испытания отличаются большим разнообразием. Для замкнутых объемов проводят статические испытания методом гидроопрессовок. В необходимых случаях испытания проводят до разрушения. Крыльчатки насосов и диски турбин подвергаются динамическим испытаниям на специальных стендах при повышенной частоте вращения. У ряда элементов двигателя проверяют вибрационные характеристики.
Динамические испытания проводят на стендах, позволяющих длительно нагружать проверяемую конструкцию и изменять характер нагрузки. Топливные магистрали, корпуса насосов и полости форсуночных головок можно проверить на воздействие гидравлических ударов. При этом фиксируют состояние элементов ЖРД, напряжения и давления при «пиковых» нагрузках. Сами нагрузки могут быть одинаковыми, циклическими, знакопеременными, с затухающими или постоянными частотой и амплитудой.
Вибрационные испытания, проводимые на вибростендах, имеют целью определение частоты и формы собственных колебаний методом установления резонансных частот.
Значительное внимание в процессе выполнения опытно-конструкторских работ уделяют испытаниям для проверки достаточности запасов по параметрам работоспособности таких напряженных элементов ТНА, как подшипники и уплотнители.
Важным моментом при проведении автономных прочностных испытаний является имитация нагрузок и достижения их соответствия натурным условиям работы узлов. По данным этих испытаний выявляют «слабые» места и принимают решения о доработках конструкции или об изменении технологии производства. Полученные данные сравнивают с расчетными значениями прочностных характеристик и устанавливают их разброс.
Комплексные контрольные проверки электросистем и систем автоматики, которые проводят перед началом огневых испытаний и сводят к дистанционному контролю электроцепей пиро-, электро- и пневмоклапанов, датчиков, приводов и т.д. При контроле по тестовым программам проверяют функционирование узлов автоматики с включением соответствующих приводов. В процессе проверок осуществляют запись заданных сигналов и параметров с помощью осциллографов или магнитных регистраторов, по которой делают вывод о состоянии систем и возможности проведения огневого пуска.
Испытания гидравлических имитаторов двигателей, являющиеся испытанием всей системы топливоподачи совместно с системой автоматики. Влияние камеры сгорания здесь имитируется установкой дроссельных устройств на выходе из напорных магистралей по линиям горючего и окислителя. Дроссельные устройства подбирают так, чтобы обеспечивались уровни давления на входе в камеру сгорания и массовые расходы топлива, эквивалентные натурным на заданном режиме. В процессе этих испытаний обеспечивается динамическое функционирование всех агрегатов ЖРД практически без горения топлива, если не считать процесса в газогенераторе.
Огневым испытаниям подвергаются «горючие» узлы ЖРД – камера сгорания, газогенератор и двигатель в целом. С камерой сгорания и газогенератором могут проводить автономные огневые испытания. Их проводят на специальных стендах, оборудованных системой топливоподачи.
Основным видом огневых испытаний являются испытания двигателей в сборе. Только этот вид испытаний может дать достаточно полную информацию о работоспособности ЖРД и его характеристики. В процессе огневых испытаний работу двигателя проверяют при различных сочетаниях внешних и внутренних факторов. Внешние факторы: изменение давления компонентов топлива перед насосами; изменение плотности топлива из-за изменения его температуры или сортности; изменение положения органов настройки регуляторов тяги и соотношения компонентов топлива, вызываемые в условиях эксплуатации.
Внутренние факторы: физические воздействия на режим работы ЖРД, обусловленные особенностями изготовления конструкции. Возникают из-за отклонений размеров или форм деталей, что в итоге приводит к разбросу характеристик узлов.