Спосіб настройки системи скидання тиску газів наддування з паливних баків літального апарата

1.Спосіб настройки системи скидання тиску газів наддування з паливних баків літального апарата, що полягає в продуванні системи газом під робочим тиском, який відрізняється тим, що приєднують до вихідних сопел системи скидання тиску газів наддування ідентичні технологічні бустерні ємності, оснащені жиклерами, продувають систему скидання, забезпечують допустимий перепад тиску між технологічними бустерними ємностями шляхом зміни діаметра критичного перерізу одного із сопел, вимірюють перепад тиску між технологічними бустерними ємностями й тиск в одній із технологічних бустерних ємностей, обчислюють різнотяговість системи скидання за формулою: F ¥ - F2¥ Pd1 - Pd2 1 , = F2¥ Pd 2 Винахід належить до ракетно-космічної техніки, а точніше, до галузі проектування й експлуатації систем наддування паливних баків пального й окислювача, що використовуються як у рушійних установках космічних апаратів, так і в системах дозаправлення палива космічних дозаправників, які встановлюються на вантажних космічних кораблях. Відомий спосіб настройки системи скидання тиску газів наддування, який полягає в тому, що різнотяговість самої системи скидання виключається за рахунок виконання безлічі отворів з однаковими прохідними перерізами, розташованими симетрично на протилежних сторонах запобіжного клапана [Беляев Н.М., Уваров Е.И. Расчет и прое ктирование реактивных систем управления летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1974 С. 46-48, рис. 2.6]. Недолік способу полягає в тому, що через різні значення коефіцієнтів витрати кожного з отворів, які на практиці мають, як правило, різні відхилення від допуску, він не дозволяє одержати мінімально допустиму різнотяговість системи скидання, через що виникають складності та труднощі в керуванні й забезпеченні стабільних параметрів руху об'єкта. Найближчим за технічною сутністю до запропонованого способу є спосіб, який полягає в тому, що в систему скидання тиску газів наддування встановлюють пару сопел, які мають однакові тягові характеристики й спрямовані у протилежні (13) (19) UA (11) терними ємностями, і порівнюють отриманий результат із допустимим значенням різнотяговості. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що під час настройки системи використовують стиснене повітря. 87147 технологічній бустерній ємності; F ¥ - F2¥ - різнотяговість системи скидання тиску 1 газів наддування; Pd - Pd - перепад тиску між технологічними бус1 2 C2 де F ¥,F2¥ - тяга сопел у порожнині; 1 Pd ,Pd - абсолютний тиск газу наддування в 1 2 3 87147 4 сторони [Беляев Н.М., Уваров Е.И. Расчет и проеня з паливних баків літального апарата. Установка ктирование реактивных систем управления летамає такі основні елементи: паливний бак 1, манотельных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1974 метр 2, вентиль 3, редуктор тиску 4, манометр 5, С. 44-46, рис. 2.4 – прототип]. електропневмоклапан 6, технологічну бустерну Недолік способу полягає в тому, що через неємність 7, сопло 8, жиклер 9, трубопровід 10, колеідентичні довжини й геометрію підвідних трубоктор 11, трубопровід 12, сопло 13, манометр 14, проводів і, як наслідок, їхніх різних гідравлічних технологічну бустерну ємність 15, жиклер 16 і воопорів, спосіб не забезпечує допустиму різнотягодяний дифманометр 17. вість системи скидання газу наддування, що приСпосіб здійснюється таким чином. До вихідних зводить до підвищеного та неврівноваженого сопел 8 і 13 приєднують оснащені жиклерами 9 і впливу збурювальних сил і моментів на конструк16 ідентичні технологічні бустерні ємності 7 і 15, цію літального апарата, в результаті чого можлива відповідно. Наддувають паливний бак 1 повітрям дестабілізація його польоту. до робочого тиску. Контроль тиску наддування В основу "Способу настройки системи скиданвиконують за манометром 2. Відкривають вентиль ня тиску газів наддування з паливних баків літаль3 і налаштовують редуктор тиску 4 на заданий ного апарата" поставлено завдання забезпечення залишковий тиск у паливному баці 1. Контроль мінімально допустимої різнотяговості вихідних тиску проводиться за манометром 5. Подають насопел. пругу на електропневмоклапан 6. Стиснене повітДля вирішення поставленого завдання пропоря надходить у колектор 11 і по трубопроводах 10 нується спосіб, при якому приєднують до вихідних та 12 підходить до сопел 8 і 13, відповідно, потрасопел системи скидання тиску газів наддування пляє до ідентичних технологічних бустерних ємнооснащені жиклерами, ідентичні технологічні бустестей 7 і 15 та потім виходить через жиклери 9 і 16 рні ємності, продувають систему скидання газом у навколишнє середовище. Технологічні бустерні під робочим тиском, забезпечують допустимий ємності 7 і 15 попередньо продувають повітрям під перепад тиску між технологічними бустерними заданим тиском та селективним підбором сопел 8 і ємностями шляхом зміни діаметра критичного пе13 забезпечують допустимий перепад тиску між рерізу одного із сопел, вимірюють перепад тиску технологічними бустерними ємностями 7 і 15, наміж технологічними бустерними ємностями й тиск приклад, 10мм водяного стовпа. У процесі продув одній з технологічних бустерних ємностей, обчивання вимірюють за допомогою водяного дифмаслюють різнотяговість системи скидання тиску нометра 17 перепад тиску між технологічними газів наддування за формулою: бустерними ємностями 7 і 15 й тиск в одній з технологічних бустерних ємностей, наприклад, у ємPd - Pd F ¥ - F2¥ 1 2 = 1 ності 15 за допомогою манометра 14, визначають F2¥ Pd 2 (*) різнотяговість системи скидання тиску газів наддування за формулою (*) і порівнюють отриманий де F ¥, F2¥ - тяга сопел у пустоті; Pd , Pd - абсо1 1 2 результат із допустимим значенням. Наприклад, лютний тиск газу наддування в технологічній буспри максимально допустимій різнотяговості систетерній ємності, і порівнюють отриманий результат ми скидання газу наддування ±3%, комплекс із допустимим значенням різнотяговості. Pd1 - Pd 2 Новими істотними відмітними ознаками запромає бути £0,03, чим забезпечується понованого способу є: Pd 2 - приєднання до вихідних сопел системи скизменшення дії збурювальних сил від різнотяговосдання ідентичних технологічних бустерних ємності, що стабілізує рух об'єкта. тей, оснащених жиклерами; Нижче подається теоретичне обґрунтування - продування системи скидання повітрям під запропонованого способу настройки системи скиробочим тиском; дання тиску газів наддування. - забезпечення допустимого перепаду тиску Тяга сопла визначається за формулою між технологічними бустерними ємностями шляW ×G F= + f a (p a - p н ) хом зміни діаметра критичного перерізу одного із g (1) сопел; де W - швидкість витікання газу із сопла; G - секу- вимірювання перепаду тиску між технологічндна вагова витрата газу через сопло; g - присконими бустерними ємностями й тиску в одній з техрення сили ваги; fa - площа зрізу сопла; ра - тиск на нологічних бустерних ємностей; зрізі сопла; рн - тиск навколишнього середовища - обчислення різнотяговості системи скидання Сопло системи скидання виконано у вигляді тиску газів наддування за формулою (*). жиклера, у якого fa=fкp, з конічним входом, що звуСукупність відомої істотної ознаки (продування жується (fкp. - площа критичного перерізу сопла), системи скидання тиску газів наддування стиснена зрізі якого встановлюється критичне витікання. ним повітрям під робочим тиском) і нових істотних Тому рс=ркр. Тоді швидкість і витрата газу на зрізі ознак дозволяє організувати роботу безмоментної сопла визначаються за рівняннями: системи скидання тиску газів наддування з паливних баків літального апарата, що забезпечує ста2к W= gRT більний політ літального апарата за рахунок міні1+ к (2) мізації різнотяговості засобів скидання. Суть винаходу пояснюється кресленням, де наведена схема установки для реалізації способу настройки системи скидання тиску газів наддуван 5 k +1 æ 2 ö k -1 p × fкр×mc kgç ÷ è k + 1ø G= × q(l ) RT (3) де р - абсолютний тиск газу перед соплом; mс коефіцієнт витрати сопла; к - показник адіабати витікання газу; R - універсальна газова стала; Τ абсолютна температура газу перед соплом; q(l)=fкр/f - газодинамічна функція. Підставляючи рівняння (2) і (3) у рівняння (1) і приймаючи mc=1 й q(l)=1, після перетворення одержуємо вираз для визначення тяги сопла k æ 2 ö k -1 F = pfkp ç (k + 1) - fkp × pH ÷ è k + 1ø (4) Для умов пустоти k æ 2 ö k +1 F¥ = p × fkp ç (k + 1) ÷ è k + 1ø (5) F¥ - тяга сопла в пустоті. де Відношення тяг, що створюються соплами, визначається як p1 × fkp1 F1¥ = F2¥ p2 × fkp2 (6) де індексами 1 і 2 позначені параметри сопел 1 і 2, відповідно. Як видно з рівняння (6), різнотяговість сопел не залежить від роду газу (повітря, азот, гелій і т.д.). Тому під час настройки та перевірки системи скидання - тиску наддування замість штатного робочого газу можна використовувати стиснене повітря. Це дає істотний економічний ефект під час експериментального відпрацювання системи скидання, що працює в штатних умовах на дорогому робочому газі, наприклад, гелії. У зв'язку з різною конфігурацією й довжиною трубопроводів від колектора до сопел і технологічними допусками значення тисків газу перед соплами 1 і 2 можуть бути різними. Для забезпечення допустимої різнотяговості сопел системи скидання тиску газу наддування варто коригувати прохідні перетини сопел шляхом зміни критичних діаметрів одного із сопел таким чином, щоб 87147 6 p1 × fkp1 = p2 × fkp 2 (7) Підбором тиску газу на вході до сопел забезпечують критичний перепад тиску на соплах і жиклерах технологічних бустерних ємностей. У цьому випадку Gc = Gж де Gc, Gж- секундна вагова витрата газу через сопло й жиклер, тобто fс × p = m × f ж × p d або F¥ 1 = m1 × p1d × fж1 F2¥ m 2 × p2d × fж 2 де m1, m2 - коефіцієнти витрати жиклерів, fc, fж площа прохідного перерізу жиклерів технологічних бустерних ємностей; p1d , p2d - абсолютний тиск газу в технологічних бустерних ємностях 1 і 2, відповідно. Враховуючи, що після настройки технологічних бустерних ємностей m1 × fж1 = m 2 × fж 2 одержимо: p F1¥ = 1d F2¥ p 2d Отже, відношення тяг, що створюються соплами, прямо пропорційно тиску газу у відповідних технологічних бустерних ємностях. У підсумку одержуємо вихідну формулу (*): F ¥ - F2¥ Pd1 - Pd2 1 = F2¥ Pd 2 Запропонований спосіб настройки системи скидання тиску газів наддування з паливних баків літального апарата забезпечує стабільний політ космічного корабля (виключає дестабілізацію) шляхом усунення реактивної сили, що виникає під час скидання тиску газів наддування, за рахунок установлення в систему дозувальних елементів, що мають допустиму різнотяговість. За запропонованим способом на підприємстві проведено серію експериментів щодо настройки системи скидання тиску газів наддування. Проведені випробування показали, що запропонований спосіб забезпечує мінімально допустиму різнотяговість не більше ±1%. 7 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 87147 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601