Оборудование стендов, контрольная и исследовательская аппаратура стендов для проведения испытаний и отработки ЭРД

Материалы лекций № 4.10. и 4.11.

Оборудование стендов, контрольная и исследовательская аппаратура стендов для проведения испытаний и отработки ЭРД.

*****

Измерение тяги. Измерение малых расходов рабочего тела. Исследовательская диагностическая аппаратура. Зондовый метод диагностирования плазмы. Электростатические зонды. Магнитные зонды. Зонды для измерения тока. Корпускулярные методы исследования плазмы. Сверхвысокочастотная (микроволновая) диагностика плазмы. Спектральная диагностика плазмы. Определение температуры плазмы по относительной интенсивности спектральных линий. Определение концентрации заряженных частиц в плазме по интенсивности спектральных линий. Спектроскопия высокой разрешающей силы. Высокоскоростная спектрография. Лазерная диагностика плазмы. Лазерная интерферометрия. Диагностика плазмы по рассеянию лазерного излучения. Фотографическая регистрация быстропротекающих процессов. Аппаратура для высокоскоростной съемки. Оптические методы исследования быстропротекающих процессов. Методы диагностирования ионного пучка.

*****

Стенды для испытаний ЭРД оснащаются комплексом сложного стендового оборудования, контрольно-измерительных и исследовательских приборов.

Испытания проводятся в вакуумной камере, которая имеет съемные крышки, иллюминаторы, гермовводы и т. п. Для создания требуемого вакуума применяются вакуумные системы, в которых используются вращательные вакуумные насосы с масляными уплотнениями, двухроторные, пароструйные, турбомолекулярные, сорбционные, электроразрядные и криогенные вакуумные насосы.

Стенды имеют криогенные системы (азотные, гелиевые). Энергоснабжение осуществляется от системы электропитания, котораявключает органы управления, регулирования и защиты.

Стенды оснащены контрольно-измерительной аппаратурой для измерения электрических параметров и характеристик, теплового состояния ЭРД, тяги, расхода рабочего тела и т. п. На стендах применяется сложная современная исследовательская аппаратура для диагностики рабочего процесса ЭРД.

Для измерения температуры конструктивных элементов ЭРД применяют контактные и бесконтактные методы. Контактный метод основан на использовании малоинерционных термоэлектрических термометров, включенных по различным схемам: одиночным, батарейным и дифференциальным. Диапазон температур, измеряемых термоэлектрическими термометрами с металлическими электродами, составляет - 200...+2500°С.

Если объект исследования излучает и известны его излучательные характеристики, то температуру определяют с помощью пирометров (яркостных, цветовых или радиационных). Широко используют, например, прецизионный оптический яркостный пирометр, например, ЭОП-66 и микропирометры.

4.10-11.1. Измерение тяги.

Тяга является важнейшим показателем ЭРД. Различают два метода определения тяги в стендовых условиях: прямой и косвенный. При прямом методе тяга определяется по показаниям динамометрических устройств, которые предварительно градуируются. Косвенный метод определения тяги основан на вычислении тяги по результатам измерений других параметров.

ЭРД развивают малые тяги, порядка 10^-2…10^-3 Н, поэтому измерение тяги ЭРД является сложной технической задачей. Для таких измерений необходимо располагать совершенной и точной измерительной аппаратурой высокой чувствительности. Дополнительными трудностями являются: жесткость магистралей подвода рабочего тела и токоподводящих шин, а также влияние собственного веса двигателя.

Для измерения малой тяги можно применять как активный, так и реактивный метод. При активном методе в вытекающую из ЭРД струю помещают ловушку и измеряют силовое воздействие струи на ловушку. В применении к ЭРД этот метод наряду с гидродинамической погрешностью имеет также погрешность, которая обусловлена эффектом взаимодействия плазменного или ионного потока с ловушкой. Реактивный метод связан с созданием тягоизмерительной системы высокой чувствительности, уменьшением жесткости различных магистралей и токоподводящих шин.

Конфигурация токоподводящих шин и их взаимное расположение должны быть такими, чтобы электромагнитные силы не искажали результаты измерения тяги. При вертикальном расположений ЭРД тягоизмерительное устройство имеет уравновешивающую систему, чтобы скомпенсировать силу от собственного веса испытуемого двигателя. При горизонтальном расположении ЭРД тягоизмерительное устройство возможно в двух вариантах:

1. упругие элементы под действием тяги (действующей в горизонтальном направлении) деформируются, и вся система перемещается в горизонтальном направлении;

2.  упругие элементы предварительно нагружены продольной нагрузкой (весом испытуемого ЭРД) в такой степени, что работают под критической нагрузкой, и имеется автоматическая компенсирующая система, которая обеспечивает сохранение исходного положения.