Электрореактивный двигатель и движительная установка на его основе, как объекты испытаний, страница 3

В зависимости от стадии разработки, доводки или использования движителя, естественно различаются и задачи экспериментального исследования.

Как указывалось выше, параметрами, характеризующими ЭРД, являются:

1.  Тяга ЭРД

                                       (4.8.1.)

где  - массовый расход рабочего тела в единицу времени, кг/с; w_a - скорость истечений, м/с; F_a - площадь выходного сечения сопла, м²; р_а - давление на срезе выходного сечения  сопла, Па; w_{а эф} - эффективная скорость истечения, м/с.

2.  Удельный импульс ЭРД

                                               (4.8.2.)

3.  Тяговый к. п. д. ЭРД, который может быть вычислен по формуле

                                             (4.8.3.)

где N_ЭЛ - подведенная электрическая мощность.

4.  Энергетический к. п. д. ЭРД учитывает не только кинетическую энергию струи, но в другие затраты (на диссоциацию, ионизацию и т. д.).

                                             (4.8.4.)

5.  Тепловой к. п. д.

                                             (4.8.5.)

6.  Для оценки эффективность ЭРД, как преобразователя энергии используют такие параметры, как цена тяги

                                                 (4.8.6.)

и плотность тяги

                                                 (4.8.7.)

где F_ДУ — площадь выходного поперечного сечения ЭРД.

Для ЭРДУ существует оптимальное значение удельного импульса I_уopt, при котором выполняется условие минимума начальной массы КЛА:

                                    (4.8.8.)

При расчетах по формуле (4.8.8.) надо иметь в виду, что удельная масса энергетической установки γ_ЭУ (кг/Вт) для космических полетов большой продолжительности будет зависеть от времени существования аппарата t, что связано с необходимостью резервирования для обеспечения высокой надежности. Важнейшими показателями ЭРД являются также надежность и ресурс.

Характерно, что многие из вышеуказанных величин невозможно либо затруднительно измерить в прямом эксперименте. Такие характеристики определяются косвенно по результатам вычислений с использованием экспериментальных данных по параметрам входящим в выражение для данной характеристики.

Кроме вышеуказанных, при испытаниях ЭРД экспериментально определяют основные показатели и следующие характеристики:

1) вольтамперную

                                            (4.8.9.)

2) тяговые

                                         (4.8.10.)

                                          (4.8.11.)

3) скоростные (импульсные)

                               (4.8.12.)

                                  (4.8.13.)

Для выявления областей рационального использования ЭРД используют регулировочные характеристики.

4.8.2. Классификация испытаний космических ЭРДУ и ЭСУ.

ЭРДУ и ЭСУ представляют собой сложные технические системы, которые в процессе создания проходят широкую экспериментальную отработку на различных структурных уровнях в стендовых и летно-космических условиях. (в дальнейшем будем говорить о ЭРДУ, подразумевая и ЭСУ тоже.).

ЭРДУ должна обеспечивать получение заданных характеристик и иметь высокую надежность в условиях длительной эксплуатации в космосе.

Соответствие действительных и проектных характеристик ЭРДУ может быть практически достигнуто и установлено только в результате осуществления широкой программы опытной отработки и испытаний. Испытаниям подвергаются отдельные элементы, узлы, агрегаты, системы и ЭРДУ в целом.

Испытания космических ЭРДУ проводятся в опытно-конструкторских бюро, научно-исследовательских организациях и на предприятиях соответствующего профиля.

Испытания ЭРДУ подразделяются на: 1) наземные (стендовые) и 2) летно-космические испытания, осуществляемые на летающих лабораториях, которыми могут служить ракеты, искусственные спутники, а также другие КЛА.

Степень совершенства космических ЭРДУ существенным образом зависит от уровня стендовой испытательной техники и наземной отработки. Наземные испытательные стендовые комплексы позволяют имитировать воздействие физических условий космического пространства, а также условий полета (вибрации, перегрузки и пр.).