Стенд для виміру тяги ракетних двигунів на твердому паливі

Стенд для виміру тяги ракетних двигунів на твердому паливі, що складається з станини, з'єднаної через пружні стрічки з рухомою платформою для розміщення випробуваного двигуна, який відрізняється тим, що пружні стрічки з'єднані із станиною верхніми та нижніми кінцями, при цьому нижні кінці пружних стрічок з'єднані з станиною через проміжні пластини із пазами, а станина та рухома платформа додатково з'єднані пристроєм переміщення, при цьому пристрій обладнаний датчиком сили, а рухома платформа зміщена від нейтрального положення в бік, протилежний дії тяги, на відстань L = 1 + 12 , де 1 Винахід відноситься до стендів для заміру реактивної тяги (сили) при вогневих стендових випробуваннях переважно малогабаритних ракетних двигунів на твердому паливі. Винахід може бути використаний в сферах ракетобудування та авіабудування при випробуванні ракетних та авіаційних двигунів як на твердому, так і на рідкому паливі. Широко відомі для випробування ракетних двигунів стенди, які служать для закріплення та заміру реактивної тяги двигунів. Реактивні двигуни при випробуванні на таких стендах закріпляються на рухомих горизонталь-но-орієнтованих платформах. Рухомість платформ забезпечується тим, що платформи встановлюються на колесах, або на циліндричних роликах, або на кульових опорах, або підвішуються на шатуна х. Конструкція таких стендів описана в журналах та [книгах: - РЖ « Авиационные и ракетные двигатели», 1975 г., №2 реф. 2.34.52П (а.с. СССР №416578); - РЖ «Ракетная и космическая техника», 1975 г., серия 75, №2, реф. 75.2.75210; - Э.Л. Солохин «Испытания авиационных воздушно-реактивных двигателей». Видавництво «Машиностроение», 1975 рік, (сторінки 111-113, 163-165); - «Конструкция и отработка РДТТ» за редакцією A.M. Виницкого. Видавництво «Машиностроение», 1980 рік, (сторінки 101-107)]. Такі стенди мають недоліки. Найбільший з них той, що при замірі реактивної тяги на стендах мають місце втрати тяги на подолання сил тертя, які неможливо точно врахувати, особливо сили тертя покою. Найбільш близьким до запропонованого стенда для випробування ракетних двигунів за сукупністю ознак, схожих з ознаками запропонованого стенда, і, вибраний в зв'язку с чим як прототип, є стенд, описаний в [книзі В.Я. Левина "Испытания жидкостных ракетных двигателей». Видавництво «Машиностроение», 1981 рік, (сторінки 145-149)]. (19) UA (11) 79490 (13) 1 - відстань, еквівалентна переміщенню рухомої 1 платформи від дії пристрою переміщення; 12 - відстань, еквівалентна переміщенню рухомої платформи від дії тяги двигуна. C2 (21) a200502379 (22) 16.03.2005 (24) 25.06.2007 (46) 25.06.2007, Бюл. №9, 2007р. (72) Безкровний Іван Борисович, Кириченко Анатолій Семенович, Баліцький Іван Петрович, Корольов Володимир Георгієвич, Мікуляк Михайло Вікторович, Верхоглядова Людмила Григоровна (73) ДЕРЖАВНЕ КОНСТРУКТОРСЬКЕ БЮРО "ПІВДЕННЕ" ІМ.М.К.ЯНГЕЛЯ (56) SU 280009, 1970 SU 576522, 1978 RU 2171454, 2001 SU 416578, 1974 SU 459698, 1975 Левин В.Я. Испытания жидкостных ракетных двигателей, Ма шиностроение, 1981. 3 79490 Цей стенд складається з упора, з яким з'єднаний випробуваний двигун, що розміщений на рухомій платформі, з'єднаної через пружні стрічки з станиною. З'єднання платформи через пружні стрічки дозволяє рухатись платформі без тертя (за рахунок пружності стрічок) тільки в напрямках перпендикулярних площині стрічок, тобто і в напрямку дії реактивної тяги випробуваного двигуна. Реактивна тяга через датчик сили сприймається упором. При застосуванні стенда (прототипа) при випробуванні ракетних двигунів на твердому паливі були виявлені наступні недоліки стенда: 1. При вимірі тяги ракетних двигунів на стенді (в якому верхні кінці пружних стрічок з'єднані з станиною, а нижні кінці з рухомою платформою) в початковий момент (в момент виходу двигуна на режим) рухома платформа з двигуном під дією тяги переміщується відносно станини у бік дії тяги, причому по дузі кола з центром в місці з'єднання верхнього кінця пружної стрічки з станиною. Тобто має місце складне переміщення рухомої платформи з двигуном, одна складова якого направлена у бік дії тяги двигуна, друга - перпендикулярно їй (вверх). При переміщенні рухомої платформи з двигуном вверх на датчик тяги, і з'єднаний з одного боку з двигуном та з другого з станиною стенда, починає і j діяти згинальний момент. При цьому цей згинальний момент діє на датчик тяги на протязі всього часу випробування двигуна, що погіршує точність виміру тяги-одного з головних параметрів, які реєструються при випробуванні двигуна. Крім цього, на датчик тяги може діяти згинальний момент від переміщення рухомої платформи під дією бічних складових тяги при втраті стійкості пружних стрічок по причині їх малої жорсткості (нижчі кінці пружних стрічок втримуються від переміщення, наприклад вверх тільки силою ваги рухомої платформи та двигуна з елементами його кріплення). 2. При вимірі тяги двигуна в початковий момент (в момент виходу двигуна на режим) датчиком тяги реєструються значні амплітуди затихаючих коливань тяги (обумовлені ударною дією тяги на датчик тяги), що є великою завадою в точній оцінці характеру зміни тяга та її максимального значення в момент виходу двигуна на режим, що погіршує точність виміру тяги, а також потребує використування для виміру тяги датчика тяги з більшим номіналом. Амплітуди затухаючих коливань (в момент виходу двигуна на режим) в значній мірі залежать від дії сили інерції , яка, в свою чергу, залежить від маси рухомої частини стенда та наявності нещільностей в з'єднанні датчика тяги з двигуном та з станиною. Нещільність в цьому з'єднанні обумовлена конструкцією з'єднання, яке, як правило, буває регульованим. (В площині, перпендикулярній дії тяги, регулювання забезпечується взаємним переміщенням елементів з'єднання, а в напрямку дії тяги за допомогою гвинта цього з'єднання). Також має місце нещільність між п'ятою датчика тяги та опорною площиною гвинта з'єднання. Ця нещільність обумовлена конструкцією п'я ти датчика 4 тяги, яка випрямляється тільки при прикладанні до неї сили. Наявність значних амплітуд затухаючи х коливань в момент виходу дви гуна на режим потребує використання датчиків для виміру тяги з більшим номіналом, ніж потрібно було б для виміру тяги (на протязі всього часу випробування двигуна). Це теж, в свою чергу, погіршує точність виміру тяги. Особливо наявність значних амплітуд коливань погіршує вимір тяги двигунів з малим часом роботи. 3. При випробуванні двигуна на стенді має місце (під дією тяги) пружне переміщення в бік дії тяги рухомої платформи, з'єднаної через пружні стрічки з станиною, відносно станини. Це переміщення рухомої платформи має дві складові: - переміщення обумовлене усуненням нещільностей в з'єднанні датчика тяги з двигуном та з станиною; - переміщення обумовлене пружною деформацією з'єднання датчика тяги з двигуном та з станиною від дії тяги. На це (пружне) переміщення рухомої платформи витрачаєтеся частка тяги, яку не вимірює протягом всього часу випробування датчик тяги, тобто s стенд витрачає частку тяги на пружних зв'язках, а це погіршує точність виміру тяги. 4. Умови з'єднання верхніх та нижніх кінців пружних стрічок потребують виконання великої кількості отворів в станині, рухомій платформі та в пружних стрічках за допомогою кондуктора, або виконання підгоночних робіт під час їх з'єднання, а це не технологічно. В основу винаходу поставлена задача удосконалення стенда для виміру тяги ракетних двигунів на твердому паливі за рахунок покращення точності виміру тяги двигуна шляхом виключення дії згинального моменту на датчик виміру тяги, зменшення амплітуди затухаючи х коливань тяги при виміру тяги, виключення витрати тяги на пружні переміщення рухомої платформи, а також удосконалення стенда за рахунок покращення технологічності зборки стенда. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому стенді для виміру тяги ракетних двигунів на твердому паливі, що складається з станини з'єднаної через пружні стрічки з рухомою платформою для розміщення випробуваного двигуна, відповідно до винаходу пружні стрічки з'єднані з станиною верхніми та нижніми кінцями, при цьому нижні кінці пружних стрічок з'єднані з станиною через проміжні пластини з пазами, а станина та рухома платформа додатково з'єднані пристроєм переміщення, при цьому пристрій обладнаний датчиком сили, причому рухома платформа пружно зміщена в бік протилежний дії тяги на відстань L=l1+l2, де: l1 - відстань еквівалентна переміщенню рухомої платформи від дії пристрою переміщення; l2 - відстань еквівалентна переміщенню рухомої платформи в д дії тяги двигуна. Для доказу причинно-наслідкового зв'язку між ознаками винаходу і очікуваним технічним результатом заявник відмічає наступне: 5 79490 1. Можливість покращення точності виміру тяги забезпечується тим, що рухома платформа з'єднана з пружними стрічками, а пружкі стрічки з'єднані з станиною верхніми та нижніми кінцями. При такому з'єднані (через пружні стрічки) рухомої платформи з станиною повністю виключається можливість переміщення вверх рухомої платформи з двигуном під час його випробування. Рухома платформа має можливість переміщуватись тільки по лінії дії тяги (в тому числі і в напрямку дії тяги). При цьому виключається також можливість переміщення рухомої платформи у бік від дії бічних складових тяги тому, що пружні стрічки достатньо жорсткі в напрямку дій бічних складових тяги (їх кінці з'єднані з станиною). Виключення можливостей всіх переміщень рухомої платформи від дії тяги, крім по лінії дії тяги, приводить до усунення причини виникнення згинального момента на датчику тяги, а це покращує точність виміру тяги на стенді. 2. Можливість покращення точності виміру тяги забезпечується також наявністю пристрою переміщення додатково з'єднуючого рухому платформу та станину, що дозволяє забезпечити примусове переміщення рухомої платформи з розміщеним на ній двигуном в бік дії тяги для усунення нещільностей в з'єднанні датчика тяги з двигуном та з станиною. А обладнання пристрою датчиком сили дозволяє контролювати по величині силу, з якою забезпечується примусове переміщення рухомої платформи в бік дії тяги. При цьому ця сила реєструється в продовж всього часу випробування двигуна і обов'язково враховується при визначенні тяги двигуна. Усунення нещільностей в з'єднанні датчика тяги з двигуном та з станиною зменшує ударну дію тяги на датчик тяги, а це веде до зменшення амплітуди затухаючих коливань тяги, що в свою чергу покращує точність виміру тяги при випробуванні ракетного двигуна на стенді за рахунок більш якісної оцінки характеру зміни тяги та її максимального значення в момент виходу дви гуна на режим, а також за рахунок використання для виміру тяги датчика тяги меншого номіналу. 3. Можливість покращення точності виміру тяги (шляхом виключення витрати тяги на пружне переміщення рухомої платформи) забезпечується тим, що рухома платформа пружно зміщена (наприклад, за допомогою гвинта з'єднання датчика тяги з двигуном та з станиною) у бік протилежний дії тяги на відстань L=l 1+l2 де: l1 - відстань еквівалентна переміщенню рухомої платформи від дії пристрою переміщення. (Переміщення рухомої платформи від дії пристрою переміщення вимірюється експериментально при усуненні пристроєм переміщення нещельностей в з'єднанні датчика тяги з двигуном та з станиною; l2 - відстань еквівалентна переміщенню рухомої платформи під дії тяги двигуна. (Переміщення рухомої платформи від дії тяги двигуна вимірюється експериментально, як деформація в з'єднанні датчика тяги з двигуном та з станиною від дії тяги двигуна). При підготовці стенда для виміру тяги за допомогою пристрою переміщення усувають нещіль 6 ність в з'єднанні датчика тяги з двигуном та з станиною, при цьому рухома платформа переміщується у бік дії тяги (у бік протилежний її пружному зміщенню) на відстань, яка дорівнює відстані її При цьому положенні рухомої платформи випробують двигун. З момент виходу двигуна на режим при деформації з'єднання датчика тяги з двигуном та з станиною від дії тяги рухома платформа ще переміститься в бік дії тяги (у бік протилежний її пружному зміщенню) на відстань, яка дорівнює відстані l2. Таким чином, рухома платформа під час випробування двигуна вже не буде пружно зміщена на відстань L тому, що L=l1+l2-l1l2=0. Тобто витрати тяги на пружнє переміщення рухомої платформі під час випробування двигуна не буде, а це покращить точність виміру тяги двигуна на стенді. 4. Можливість удосконалення стенда за рахунок покращення технологічності зборки стенда забеспечується з'єднанням нижніх кінців пружних стрічок з станиною через проміжні пластини з пазами. Наявність пазів в проміжних пластинах дозволяє компенсувати неточність виготовлення отворів в елементах з'єднання, що виключає виконання підгоночних робіт під час зборки стенда, а це покращує те хнологічність виготовлення та зборки елементів цього з'єднання. Для доказу можливості промислового використання винаходу наводяться креслення. На кресленні зображений стенд, що пропонується для виміру тяги ракетних двигунів на твердому паливі. Стенд складається з станини 1, пружних стрічок 2. рухомої платформи 3, пристрою переміщення 5 з датчиком сили 6, проміжних пластин 7 з пазами. 3 креслень видно, що пружні стрічки 2 з'єднані з станиною 1 верхніми та нижніми кінцями, а рухома платформа 3 з'єднана з пружними стрічками 2. При такому з'єднані рухома платформа 3 вже не має можливості переміщатися вверх та у бік по причині жорсткості пружних стрічок 2 у ци х напрямках, а має лише можливість переміщатись тільки по лінії дії тяги, а це усуває причину виникнення згинального момента на датчику тяги, а значить покращує точність виміру тяги двигунів на цьому стенді. Можливість покращення точності виміру тяги двигуна 8 забезпечується крім того наявністю пристрою переміщення 5 (одна частина якого виконана у вигляді з'єднання "гвинт-гайка"), який встановлений на станині 1 і через свій датчик сили 6 з'єднаний з рухомою платформою 3. При підготовці стенда до виміру тяги силою гвинта пристрою переміщення 5 через датчик сили 6 діють на рухому платформу 3. Рухома платформа 3 при цьому переміщується в бік з'єднання датчика тяги з двигуном та з станиною 4 (у бік дії тяги), усуваючи нещільність у цьому з'єднанні. Подальше випробування двигуна 8 при усуненій нещільності пристроєм переміщення 5 приводить до зниження амплітуди затухаючих коливань тяги при вимірі тяги в момент виходу двигуна на режим. Практично амплітуда затухаючи х коливань знижується на ~ 20%. 7 79490 3 креслень видно, що рухома платформа стенда пружно зміщена (наприклад, за допомогою гвинта з'єднання датчика тяги з двигуном та з станиною) в бік протилежний дії тяги двигуна на відстань L (положення пружних стрічок А). При підготовці стенда до виміру тяги двигуна (від дії пристрою переміщення 5) та після виходу двигуна на режим (від дії тяту двигуна) рухома платформа 3 переміститься на відстань L і тоді пружні стрічки займуть положення Б, тобто рухома платформа вже не буде пружно зміщенна, а це виключає витрати тяги на пружне зміщена рухомої платформи, що покращує точність виміру тяги. Наявність в з'єднанні нижніх кінців пружних стрічок 2 з станиною 1 проміжних пластин 7 з пазами дозволяє компенсувати неточність виготовлення отворів в елементах з'єднання, що виключає виконання підгоночних робіт під час зборки стенда, а це покращує технологічність виготовлення та зборки елементів цього з'єднання. Тобто, реалізація вище згаданих технічних рішень в стенді для виміру тяги ракетних двигунів на твердому паливі дозволила удосконалити стенд в частині: Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 8 - виключення дії згинального моменту на датчик виміру тяги, що покращує точність виміру тяги; - зменшення амплітуди затухаючи х коливань при вимірі тяги в момент виходу двигуна на режим на ~ 20%, що покращує точність виміру тяги, за рахунок більш якісної оцінки характеру зміни тяги та її максимального значення в момент виходу двигуна на режим, а також за рахунок використування для виміру тяги датчика з меншим номіналом; - виключення витрати тяги в стенді на пружне переміщення рухомої платформи, що теж покращує точність виміру тяги; - покращення технологічності зборки стенда. Таким чином запропонований винахід удосконалює стенд для виміру тяги ракетних двигунів на твердому паливі за рахунок покращення точності виміру тяги двигуна шля хом виключення дії згинального момент) на датчик виміру тяги, зменшення амплітуди затухаючих коливань тяги при вимірі тяги, виключення витрати тяги на пружне переміщення рухомої платформи, а також удосконалює стенд за рахунок покращення технологічності зборки стенда. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601