Сделай Сам Свою Работу на 5

Сафарбаков А.М., Лукьянов А.В., Пахомов С.В. Основы технической диагностики деталей и оборудования. М. 2007г.





Введение

В настоящее время существует достаточно много методов диагностики узлов и агрегатов жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Суть этих методов заключается в измерении основных параметров двигателей в процессе испытаний с помощью установки на агрегаты ЖРД измерительной аппаратуры (датчики давления, температуры, расходов, вибраций и т.д.), что усложняет проведение испытаний за счет внесения различных доработок в узлы и агрегаты двигателя и в ряде случаев недопустимо из-за возможного изменения характеристик двигателя.

При проведении испытаний двигателей системы стенда и двигателя должны предотвращать аварийные ситуации. Диагностика РД является важной задачей в обеспечении безопасности полетов и испытаний и подразумевает целый комплекс мероприятий, как на этапе конструкторской проработки изделий, так и на этапах стендовых и летных испытаний. Применяя методы диагностики в задаче аварийной защиты двигателей возможно выявление и предупреждение различных неисправностей в узлах и агрегатах двигателей, которые могут привести к нарушению работоспособности или полному отказу двигателя. Необходимость раннего обнаружения неисправности в двигателе обуславливается тем, что своевременное предупреждение развития аварийных ситуаций позволяет сохранить не только сам двигатель, но и предотвратить разрушения стендовых сооружений, пусковых установок или носителя в целом.



 

Методы диагностики технического состояния многоразовых ЖРД

Спектрофотометрический метод диагностики ЖРД

Метод диагностики ЖРД по спектру излучения факела имеет очевидные преимущества перед традиционными. Во-первых, этот метод не требует никаких доработок двигательной установки. Во-вторых, ввиду малой инерционности он позволяет получать информацию в реальном масштабе времени и, в случае необходимости, принимать соответствующие меры. В-третьих, этот метод позволяет судить об эрозии деталей и узлов ЖРД по спектральным линиям излучения металлов, которые не могут быть определены другими методами. Применяя оптическую диагностику двигателя по спектру излучения факела можно определять концентрацию атомов тех или иных металлов, входящих в конструкционные материалы и, измеряя скорость уноса конструкции, определять в реальном времени ресурс двигателя и заблаговременно предотвращать аварийные ситуации.
Оптический метод диагностики позволяет получать информацию о состоянии двигателя, проводя дистанционное измерение излучения факела двигателя. Обнаружения по линиям излучения следов металлов в факеле ЖРД и определение их концентрации не является сложной задачей. Ряд факторов мешает выделению линий металлов и измерению их интенсивности: молекулярные полосы продуктов сгорания, фоновое непрерывное излучение, поглощение окружающей средой и др.



Интенсивность нереабсорбированной линии в изотермическом равновесном пламени толщиной , при температуре Т определяется соотношением:

J = N⋅L⋅A⋅g⋅h⋅c⋅exp(-Eb/k⋅T)/ 4π⋅λ⋅n

где N - объемная концентрация;

A - вероятность перехода;

g - статистический вес;

n - сумма по состояниям;

E - энергия верхнего уровня;

λ - длина волны;

T - температура;
с - скорость света

h - постоянная Планка, 6,62 10 Дж с;

k - постоянная Больцмана, 8,621 10 эВ/К;

Соотношение верно только для оптически тонкого излучателя, когда оптическая толщина

τ = A⋅g⋅λ4 ⋅N⋅L / n⋅8π⋅c⋅∆λ

меньше единицы. Здесь ∆λ – полуширина спектральной линии.

 

 

Бесконтактные методы

Среди современных методов диагностики внутри камерных физико-химических процессов, протекающих в газовых трактах энергосиловых установок, представляются наиболее перспективными бесконтактные методы, основанные, например, на регистрации электрофизических характеристик продуктов сгорания (ПС) топлив, которые содержат положительно и отрицательно заряженные ионы, электронный газ. Часть электрического заряда выносится из камеры двигателя основным потоком ПС. Реализуемое при этом течение можно назвать электрогазодинамическим, т.к. характеризуется малым значением плотности электрического тока (10 мА) и большим электрическим потенциалом (~100 кВ). Регулирование тяги двигателя, соотношения компонентов, ввод в камеру сгорания присадок и т.д. - процессы, являющиеся неотъемлемой частью эксплуатации двигателя, влияют непосредственно на физико-химический и ионный состав ПС. Бесконтактные электрофизические методы диагностики ЖРД основаны на измерении параметров электрических и магнитных полей на внешней поверхности двигателя.



 

1.3 Компьютерный метод диагностирования ЖРД
Нарушение нормального функционирования ЖРД, в особенности при многократном включении без съема со стенда или многоразовом полетном применении, может быть вызвано повреждаемостью конструкции в результате накопления деструктивных изменений материалов, вызванных явлениями цикловой усталости. При многоразовом применении ЖРД в результате динамических нагружений, особенно при многократных запусках и отключениях, возникают и нарастают во времени явления механического износа подвижных элементов конструкции, изменения прочности стыков трубопроводов, изменение гидросопротивления смесительных головок, трактов охлаждения камеры и газогенератора и т.п., а также явления усталости материала конструкции. Это может вызвать различные неисправности, приводящие к нарушению нормального функционирования двигателя и ограничивающие его последующее использование. Процедура диагностирования осуществляется с использованием методов, алгоритмов и программного обеспечения. Диагностирования жидкостного ракетного двигателя заключается в циклическом измерении контролируемых параметров, сравнении их с заданными пороговыми значениями и по результатам сравнения осуществлении контроля и диагностирования двигателя. В качестве измеряемых параметров использует параметры двигателя в соответствии с существующей системой измерения контролируются в двух частотных интервалах:

от 0 до 100 Гц — медленно меняющиеся параметры (ММП), а именно давления, температуры, расходы, положения приводов регулятора и дросселя, перемещения вала ТНА;

От 100 до 30000 Гц – быстро меняющиеся параметры (БМП), а именно виброакустические и тензометрические параметры: пульсации компонентов топлива, вибрации и напряжения корпусных деталей.

Сравнивают измеренные параметры с пороговыми значениями и по результатам сравнения фиксируют неисправности в двигателе и его узлах. Спектры вибраций элементов конструкции и спектры пульсаций компонентов топлива относятся к основным видам диагностической информации. Для получения объективных оценок о состоянии ЖРД последние 20 лет развиваются формализованные компьютерные методы, основанные на математических моделях, описывающих взаимосвязи параметров процессов в нормально функционирующем двигателе. К этим параметрам относятся так называемые ММП: давление, расход, температуры компонентов, обороты роторов бустерных и основных ТНА, положения дросселей органов управления. Например, Расход через регулятор расхода горючего увеличивается, значит должны увеличиться обороты ТНА. А если это не происходит, возможна утечка в тракте подвода горючего в газогенератор и т.д.

 

 

1.4 Эвристический метод

Поиск неисправности на основе БМП в настоящее время осуществляется экспертами с помощью эвристических методов, полученных на основе большого опыта отработки ЖРД. Определение состояния ЖРД по измеряемым БМП – это создание так называемого виброакустического портрета нормально функционирующего двигателя, т.е. определение таких уровней и частот колебаний (спектров) измеряемых параметров, которые соответствует его исправному состоянию.

 

 

Список использованных источников

Карибский В.В., Пархоменко П.П., Согомонян Е.С., Халчев В.Ф., Основы технической диагностики. М.: Энергия, 1976г.

Сафарбаков А.М., Лукьянов А.В., Пахомов С.В. Основы технической диагностики деталей и оборудования. М. 2007г.

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.