RU2618986C1 - Стенд для высотных испытаний ракетных двигателей твердого топлива - Google Patents
Стенд для высотных испытаний ракетных двигателей твердого топлива Download PDFInfo
- Publication number
- RU2618986C1 RU2618986C1 RU2016106252A RU2016106252A RU2618986C1 RU 2618986 C1 RU2618986 C1 RU 2618986C1 RU 2016106252 A RU2016106252 A RU 2016106252A RU 2016106252 A RU2016106252 A RU 2016106252A RU 2618986 C1 RU2618986 C1 RU 2618986C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- exhaust diffuser
- axis
- jet
- injection
- angle
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/96—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by specially adapted arrangements for testing or measuring
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M15/00—Testing of engines
- G01M15/14—Testing gas-turbine engines or jet-propulsion engines
Landscapes
- Testing Of Engines (AREA)
Abstract
Изобретение относится к ракетной технике, а именно к стендовому оборудованию, применяемому при огневых стендовых испытаниях ракетных двигателей твердого топлива с имитацией высотных условий. Стенд для высотных испытаний ракетных двигателей содержит барокамеру, узел впрыска рабочей жидкости через струйные форсунки и выхлопной диффузор, оси струйных форсунок расположены под углом впрыска по отношению к оси выхлопного диффузора. Угол впрыска определяется соотношением, защищаемым настоящим изобретением. Изобретение позволяет повысить эффективность охлаждения наиболее теплонапряженного входного участка выхлопного диффузора в условиях сверхзвукового высокотемпературного течения продуктов сгорания при работе ракетного двигателя на твердом топливе. 3 ил.
Description
Изобретение относится к ракетной технике, а именно к стендовому оборудованию, применяемому при огневых стендовых испытаниях ракетных двигателей с имитацией высотных условий.
Для имитации высотных условий при испытаниях ракетных двигателей широко применяются стенды с барокамерами и выхлопными диффузорами, которые также называют газодинамическими трубами (ГДТ).
Известен стенд, использующий проточную систему охлаждения (Конструкция и отработка РДТТ/Под ред. A.M. Виницкого - М.: Машиностроение, 1980. Стр. 111, рис. 7.13). Недостаток данного способа для стендовых испытаний ракетных двигателей на твердом топливе заключается в том, что если в продуктах сгорания присутствует конденсированная фаза (в некоторых смесевых твердых топливах может содержаться до 40% окиси алюминия), то значительно возрастает тепловой поток в области присоединения струи вследствие выпадения к-фазы на входной участок выхлопного диффузора.
Известен способ внутреннего охлаждения диффузора (Шишков Α.Α., Силин Б.М. Высотные испытания реактивных двигателей. - М.: Машиностроение, 1985. Стр. 86-91), при котором обеспечивается создание низкотемпературного пристеночного слоя с помощью впрыска воды через форсунки, расположенные по периферии поперечного сечения диффузора. При описании схемы с таким способом охлаждения начального участка выхлопного диффузора делается акцент на утверждении, что оси струйных форсунок параллельны стенкам диффузора (Шишков А.А., Силин Б.М. Высотные испытания реактивных двигателей. - М.: Машиностроение, 1985. Стр. 87, рис. 2.20). Для обеспечения максимального попадания охлаждающей жидкости в область присоединения струи, сопло значительно отдаляют от среза распылительных форсунок. Недостатком данной конструкции является то, что в таком случае струя может присоединяться к корпусу-оболочке, через который подается жидкость на впрыск, что в свою очередь, приведет к попаданию высокотемпературных газов в барокамеру.
Известен стенд с барокамерой и выхлопным охлаждаемым диффузором с внутренним охлаждением (Центр испытаний ракетных двигателей в Носиро (Япония): Обзор. - ВРТ, 1974, №9 - стр. 71-72). Охлаждение диффузора производится созданием низкотемпературного пристеночного слоя с помощью впрыска охлаждающей жидкости через форсунки, расположенные сразу за срезом сопла испытуемого двигателя и параллельные образующей начального участка диффузора.
Известен стенд с барокамерой, выхлопным диффузором, кольцевым эжектором и соединенный с ним источник эжектирующего рабочего тела (патент РФ №2513063). В данном стенде внутренняя стенка диффузора является продолжением выходного кольцевого сопла эжектора, а форсунки направлены параллельно образующей входного участка.
Общим недостатком испытательных стендов, использующих способ внутреннего охлаждения, является расположение оси распылительных форсунок параллельно образующей входного участка выхлопного диффузора (Шишков А.А., Силин Б.М. Высотные испытания реактивных двигателей. - М.: Машиностроение, 1985. Стр. 86-91, взят за прототип). При истечении продуктов сгорания из сопла образуется вихревая зона, возвратное течение которой разрушает струю впрыскиваемой воды и отбрасывает значительную ее часть обратно на узел впрыска и барокамеру, в результате чего снижается эффективность охлаждения проточной части ГДТ.
Задачей изобретение является обеспечение эффективного охлаждения входного участка выхлопного диффузора путем повышения эффективности впрыска охлаждающего рабочего тела в газодинамический тракт.
Технический результат заключается в повышении эффективности охлаждения проточного тракта ГДТ за счет прохождения струи охлаждающей жидкости поблизости от центра возвратного течения продуктов сгорания.
Технический результат достигается тем, что в стенде для высотных испытаний ракетных двигателей твердого топлива, содержащем барокамеру, узел впрыска рабочей жидкости через струйные форсунки и выхлопной диффузор, оси струйных форсунок расположены под углом впрыска α по отношению к оси выхлопного диффузора.
Расположение осей распылительных форсунок под углом по отношению к оси выхлопного диффузора дает лучшее проникновение в поток продуктов сгорания охлаждающей рабочей жидкости, т.к. струя проходит через центр вихревой зоны, где скорости ниже по сравнению с его (вихря) периферийной частью. Данное решение позволяет добиться проникновения 95…100% охлаждающей жидкости в поток, что приводит к заметному снижению температурного состояния стенок выхлопного диффузора.
На фиг. 1 показана схема размещения элементов стенда.
На фиг. 2 показана схема с обозначением размеров, которые используются при вычислении угла γ.
На фиг. 3 показаны изолинии в области узла впрыска при расположении осей распылительных форсунок под оптимальным углом по отношению к оси выхлопного диффузора.
Предлагаемый стенд включает барокамеру 1, с открытого торца которой смонтирован узел впрыска 2 со струйными форсунками 3. В свою очередь узел впрыска 2 скреплен с входной частью выхлопного диффузора 4. При этом ось распылительных форсунок 5 располагается под углом α по отношению к оси 6 выхлопного диффузора. Внутри барокамеры 1 располагается сопло 7 испытуемого изделия.
На фигуре 1 для удобства обозначения углов введена точка А, расположенная на оси струйной форсунки и плоскости выходного сечения струйной форсунки. Через точку А проведена прямая 6', параллельная оси 6 выхлопного диффузора, и прямая 4', параллельная образующей входной части выхлопного диффузора 4.
Для определения оптимального угла впрыска необходимо использовать следующую формулу:
где α - угол впрыска;
β - угол между образующей входного участка выхлопного диффузора и прямой, проходящей через точку А и параллельной оси выхлопного диффузора;
γ - угол между прямой, проходящей через точку А и параллельной оси струйной форсунки, и образующей входного участка выхлопного диффузора;
Θ - поправочный коэффициент.
Точка А расположена на оси струйной форсунки и плоскости выходного сечения струйной форсунки.
Угол γ, в свою очередь, вычисляется по формуле:
где а - размер линии от среза сопла, внутренней точки его профиля, до точки пересечения с линией b, которая также является продолжением профиля сопла;
b - размер линии от оси среза струйных форсунок до точки пресечения с линией а, которая также является параллельной образующей входного участка выхлопного диффузора;
с - расстояние от среза сопла, внутренней точки его профиля, до оси среза струйных форсунок;
ϕ - угол между линиями а и b.
Поправочный коэффициент Θ является эмпирическим. Его величина от 0° до 4° при угле между образующей входного участка выхлопного диффузора и осью выхлопного диффузора меньше 7°, от 0° до 6° при угле между образующей входного участка выхлопного диффузора и осью диффузора от 7° до 9°.
Данные по величине поправочного коэффициента Θ получены в результате проведения серии численных экспериментов.
Работа устройства заключается в следующем. При включении испытуемого двигателя и запуске диффузора разрежение в барокамере 1 обеспечивается эжектирующим действием струи продуктов сгорания. Охлаждение теплонапряженного входного участка выхлопного диффузора 4 обеспечивается впрыском охлаждающей рабочей жидкости через форсунки 3 под углом α, который выбран из оптимального диапазона. Струя жидкости проходит через центр вихревой зоны 8 или поблизости от нее. Возвратное течение при этом образуется при истечении продуктов сгорания из сопла 7 и в результате их присоединения к входному участку выхлопного диффузора 4 между границей струи продуктов сгорания 9, входным участком выхлопного диффузора 4 и узлом впрыска 2. Струи охлаждающей жидкости проникают в поток продуктов сгорания, где большая доля тепла, содержащаяся в этой части потока, идет на нагрев и испарение капель жидкости, которые образуются при распаде струи в процессе впрыска. Вследствие этого на входном участке диффузора 4 возникает низкотемпературный пристеночный слой, состоящий из смеси охлажденных продуктов сгорания, жидкостных капель и паров жидкости. Протяженность слоя вдоль выхлопного диффузора 4 определяется главным образом размерами капель жидкости, получающимися в результате распыления, нагрева и испарения жидкости в условиях обдува впрыскиваемой жидкой струи сверхзвуковым высокотемпературным потоком продуктов сгорания.
Предлагаемый стенд обеспечивает высокоэффективное охлаждение наиболее теплонапряженного входного участка выхлопного диффузора в условиях сверхзвукового высокотемпературного течения продуктов сгорания при работе ракетного двигателя на твердом топливе. Позволяет с достаточной точностью имитировать высотные условия при испытании ракетных двигателей на различных режимах работы. Обеспечивает сохранность элементов конструкции выхлопного диффузора на начальном участке.
Claims (7)
- Стенд для высотных испытаний ракетных двигателей твердого топлива, содержащий барокамеру, узел впрыска рабочей жидкости через струйные форсунки и выхлопной диффузор, отличающийся тем, что оси струйных форсунок расположены под углом впрыска α к оси выхлопного диффузора, причем:
- где α - угол впрыска;
- β - угол между образующей входного участка выхлопного диффузора и прямой, проходящей через точку А и параллельной оси выхлопного диффузора;
- γ - угол между прямой, проходящей через точку А и параллельной оси струйной форсунки, и образующей входного участка выхлопного диффузора;
- Θ - поправочный коэффициент,
- точка А расположена на оси струйной форсунки и плоскости выходного сечения струйной форсунки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016106252A RU2618986C1 (ru) | 2016-02-24 | 2016-02-24 | Стенд для высотных испытаний ракетных двигателей твердого топлива |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016106252A RU2618986C1 (ru) | 2016-02-24 | 2016-02-24 | Стенд для высотных испытаний ракетных двигателей твердого топлива |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2618986C1 true RU2618986C1 (ru) | 2017-05-11 |
Family
ID=58715715
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016106252A RU2618986C1 (ru) | 2016-02-24 | 2016-02-24 | Стенд для высотных испытаний ракетных двигателей твердого топлива |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2618986C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113834662A (zh) * | 2021-09-22 | 2021-12-24 | 哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司 | 一种验证发动机可变喷油角度对pn数量影响的方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3633683C1 (en) * | 1986-10-03 | 1987-08-06 | Erno Raumfahrttechnik Gmbh | Engine test chamber (engine test rig, engine test bed) |
US5619851A (en) * | 1989-02-08 | 1997-04-15 | United Technologies Corporation | Rocket nozzle for a rocket engine |
RU2173840C1 (ru) * | 2000-05-10 | 2001-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Пермский завод им. С.М. Кирова" | Устройство для подачи жидкости в газожидкостной эжектор стенда для испытаний ракетных двигателей |
RU2397352C1 (ru) * | 2009-02-16 | 2010-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Устройство подачи воды в секции камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания при ликвидации заряда ракетного двигателя на твердом топливе |
RU2513063C1 (ru) * | 2013-02-21 | 2014-04-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Стенд для высотных испытаний ракетных двигателей с тонкостенными соплами |
-
2016
- 2016-02-24 RU RU2016106252A patent/RU2618986C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3633683C1 (en) * | 1986-10-03 | 1987-08-06 | Erno Raumfahrttechnik Gmbh | Engine test chamber (engine test rig, engine test bed) |
US5619851A (en) * | 1989-02-08 | 1997-04-15 | United Technologies Corporation | Rocket nozzle for a rocket engine |
RU2173840C1 (ru) * | 2000-05-10 | 2001-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Пермский завод им. С.М. Кирова" | Устройство для подачи жидкости в газожидкостной эжектор стенда для испытаний ракетных двигателей |
RU2397352C1 (ru) * | 2009-02-16 | 2010-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Устройство подачи воды в секции камеры локализации и охлаждения продуктов сгорания при ликвидации заряда ракетного двигателя на твердом топливе |
RU2513063C1 (ru) * | 2013-02-21 | 2014-04-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Стенд для высотных испытаний ракетных двигателей с тонкостенными соплами |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113834662A (zh) * | 2021-09-22 | 2021-12-24 | 哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司 | 一种验证发动机可变喷油角度对pn数量影响的方法 |
CN113834662B (zh) * | 2021-09-22 | 2024-03-12 | 哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司 | 一种验证发动机可变喷油角度对pn数量影响的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3684054A (en) | Jet engine exhaust augmentation unit | |
RU2513063C1 (ru) | Стенд для высотных испытаний ракетных двигателей с тонкостенными соплами | |
Ayers et al. | Simultaneous 100-kHz acetone planar laser-induced fluorescence and OH* chemiluminescence in a linear non-premixed detonation channel | |
Geery et al. | Penetration of a high-velocity gas stream by a water jet. | |
Zhao et al. | Effects of a jet turbulator upon flame acceleration in a detonation tube | |
Arefyev et al. | Computational and experimental study of the two-phase mixing in gas-dynamic ignition system | |
RU2618986C1 (ru) | Стенд для высотных испытаний ракетных двигателей твердого топлива | |
Lu et al. | Operating characteristics and propagation of back-pressure waves in a multi-tube two-phase valveless air-breathing pulse detonation combustor | |
Srinivasarao et al. | Characteristics of co-flow jets from orifices | |
Kang et al. | Fast-acting boundary-layer suction control of unstarting flows in an ethylene-fueled dual-mode scramjet | |
Papamoschou | Mixing enhancement using axial flow | |
CN106838902B (zh) | 一种超声速燃气引射器 | |
Choi et al. | Infrared signal of the lobed mixer with external air mixing | |
Sohn et al. | A scaling method for combustion stability rating of coaxial gas-liquid injectors in a subscale chamber | |
Chen et al. | The effect of secondary flows on the starting pressure for a second-throat supersonic ejector | |
Piralishvili et al. | Calculation and experimental investigation of mixture formation in a vortex mixer | |
Tan et al. | Effect of air-assist on liquid jet penetration and dispersion in a cross-flow of hot, high-pressure air | |
Papamoschou et al. | Mixing Enhancement from Severely Overexpanded Nozzles. | |
KR101925015B1 (ko) | 연소가스와의 혼합성능이 우수한 냉각유체 분사부를 가지는 증기발생기 | |
Li et al. | Effect of Fuel Temperature on the Atomization Characteristics for Swirl Injector | |
RU2647919C1 (ru) | Прямоточный воздушно-реактивный двигатель | |
Fan et al. | Gaseous injection through diamond orifices at various incidence angles into a hypersonic freestream | |
Manipurath | Experimental study of superheated kerosene jet fuel sprays from a pressure-swirl nozzle | |
Kabeel et al. | The infrared suppression and cooling by utilizing ejectors | |
Brophy | Initiation improvements for hydrocarbon/air mixtures in pulse detonation applications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200225 |