Конструктивно-технологический анализ

Стр 1 из 2Следующая ⇒

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

БНДГ – бак низкого давления горючего;

ЖРДУ – жидкостная ракетная двигательная установка;

ИКТ – имитатор компонентов топлива;

КС – камера сгорания;

КТА – конструктивно-технологический анализ;

ЛА – летательный аппарат;

МИС - мобильная измерительная система;

ОИ – объект испытаний;

ПГС – пневмогидравлическая система;

САПР – система автоматизированного проектирования;

СБИ - средства бесконтактного измерения;

СПС – сигнализатор положения сильфона;

ТБГ – топливный бак горючего;

ФГБ – функциональный грузовой блок.

ВВЕДЕНИЕ

Пневмогидравлическая система – является важнейшим элементом летательных аппаратов, оснащённых жидкостными ракетными двигательными установками (ЖРДУ), который обеспечивает заправку ЛА основными компонентами топлива; хранение запаса компонентов топлива и рабочих тел ПГС и автоматики ЛА на борту без изменения химических и физических свойств в заданном диапазоне параметров; предстартовый и основной наддув топливных баков; подачу компонентов топлива в КС с заданными параметрами на протяжении всего времени работы ДУ.

К основным задачам комплексных пневмогидравлических испытаний относятся проверки функционирования ПГС изделия при использовании компонентов топлива и рабочих тел, включая жидкости и газы, а так же проливки и продувки расходных систем. В рамках этих испытаний проводятся заправки компонентами, их слив или сброс давления газов. Важными вопросами являются алгоритмы срабатывания агрегатов, входящих в ПГС, и проверка гидравлических характеристик магистралей. На начальных этапах испытаний часто используются имитаторы рабочих тел [1].

В свою очередь пневмогидравлическая система по функциональному значению можно разделить на следующие системы:

· Подачи топлива;

· Наддува топливных баков;

· Запуска;

· Остановки;

· Регулирования;

· Некоторые вспомогательные – заправки, блокировки, продувки, аварийного слива и др.

Экспериментальная установка состоит из трех топливных емкостей специальной конструкции. Емкости представляют собой алюминиевый цилиндрический корпус с эллиптическими днищами, внутрь которых помещен сильфонный вытеснитель, разделяющий бак на жидкостную (внутри сильфона) и газовую полости. Для контроля запаса рабочего тела каждая из емкостей оснащена:

· Датчиком линейных перемещений Вт-710 потенциометрического типа, который установлен на крышке газовой полости, а тросик соединен с днищем сильфона. Сигнал от датчика поступает в систему управления, а величина его соответствует определенному положению днища сильфона.

· Сигнализаторами положения сильфона. Они установлены на крышке бака и срабатывают при максимально заполненном сильфоне, днище которого не доходит до упора и имеет возможность перемещений с целью компенсации температурных расширений компонентов топлива.

Баки соединяются между собой и с горловинами трубопроводом, на котором установлены средства контроля давления и запорные вентили.

Установка подключается к пульту управления и аппаратуре МИС. результатов испытаний проводится с помощью специально разработанного для этого программного обеспечения. Управление агрегатами стенда «Д» выполняется в ручном режиме.

Конструктивно-технологический анализ

Описание и назначение объекта испытаний

Испытания, результаты которых представлены в графическом виде в приложении А, проводятся с участием топливных емкостей, особой конструкции, а именно, емкости содержат сильфонный разделитель специальной конструкции. Применение сильфонных оболочек для разделения топлива на жидкостную и газовую составляющие позволяет обеспечивать питание топлива в двигательных установок изделия космического назначения топливом с требуемыми характеристиками по чистоте. Емкости предназначены для длительного хранения рабочего тела. В состав емкости, как объекта испытаний, входят корпус бака, сильфон и средства контроля (Вт-710 и СПС).

Технические характеристики объекта испытаний представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Технические характеристики сильфонного вытеснителя

Материал сильфонного вытеснителя	Сталь 12Х18Н10Т
Толщина листа сильфона	0, 2 мм
Объем жидкостной полости в положении полностью «растянут» БНДГ2	407±7 л
Объем газовой полости в положении полностью «растянут» БНДГ2	149±9 л
Диаметр емкости	480, 5 мм

Принцип работы сильфонного вытеснителя

Сильфон - гофрированная трубка, выполненная обычно из металла и имеющая тонкие стенки. Его производят обычно из стали, латуни, бронзы резины, ПВХ. За счет своей гофрированной поверхности она имеет возможность сжиматься и растягиваться вдоль своей продольной оси как пружина под силовым влиянием или влиянием разности давления среды внутри и снаружи трубки. Помимо этого бывают гибкие сильфоны, которые ко всему прочему обладают поперечной гибкостью и имеют возможность изгибаться в любом направлении. В зависимости от условий работы эти конструкции могут содержать от одного до четырех слоев.
Сильфон применяют очень широко во многих отраслях современной промышленности в различном качестве. Применение возможно, например, в качестве чувствительных составляющих, которые дают реакцию на изменение давления рабочей среды. В этом качестве его применяют, например в пневмо- и гидроавтоматике, в датчиках давления и температуры. В трубопроводах широко используется гибкое соединение на базе сильфонов. Сильфонные компенсаторы и узлы широко применяются в нефтяной и нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, в энергетике и гражданском строительстве, в атомной индустрии и машиностроении.

Основные марки стали, используемые при производстве сильфонов: лента 08Х18Н10Т или 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632-72; AISI 321, AISI 304, 1.4541, 1.4571 [2].

Сильфон в баке обеспечивает простую и экономичную, с точки зрения затрат энергии, подачу топлива в двигатель. Жидкостная полость заполняется ИКТ до полного растяжения сильфона, при этом избыток давления должен быть не больше 0, 025 МПа. Далее в газовую полость подается сжатый воздух, с давлением превышающим атмосферное не более чем на 0, 075МПа. Он давит на крышку сильфонного вытеснителя, тем самым сжимая его и топливо само вытекает из емкости и дальше по трубам подается в двигатель. Этот способ позволяет не использовать насосы, для перекачки жидкости. Есть еще одно применение сильфонного вытеснителя в топливных емкостях, которое так же позволяет избежать установки дополнительных насосов. Когда в одном баке заканчивается топливо, это может привести к аварийной ситуации, поэтому из двух других необходимо передать его в опустевшую емкость. В этом случае используется метод сообщающихся сосудов. На трубопроводе, соединяющем баки, открывается запорная арматура со стороны подачи топлива, и оно перетекает в пустой бак. Для ускорения этого процесса можно подать газ в газовую полость, который будет давить на крышку сильфона.

Потенциометрический датчик Вт-710 предназначен для измерения линейных перемещений объекта испытаний. Связь между датчиком и объектом осуществляется с помощью тросика. Заводская характеристика датчика Вт-710 представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Заводская характеристика датчика Вт-710

Номер градуировочной точки	Значение перемещения каната, мм	R1 ПР, Ом	R1 ОБ, Ом	R2 ПР, Ом	R2 ОБ, Ом
				938.7


				380.7

Разработка технической части системы автоматизации стенда

Объекты испытаний

Объектами испытаний являются:

· Датчик линейных перемещений Вт-710 в количестве 1 экз.

· Сигнализаторы положения сильфона. Количество испытываемых СПС – 3экз.

ОИ установлены на топливной емкости, являющейся аналогом штатных емкостей в части конструктивного исполнения и функционирования.

Перемещение сильфонного вытеснителя емкости при проведении ресурсных испытаний осуществляется путем наддува газовой или жидкостной полости топливной емкости от стендовых систем воздухом, соответствующим ОСТ 92-1577-78.

Для подачи воздуха в полости емкости при проведении испытаний используется пневмопульт наддува.

Подготовка к проведению испытаний

Перечень работ по подготовке и проведению испытаний приведены ниже:

· Подготовка пневмопульта к испытаниям для подачи избыточного давления воздуха не ниже Р = 8 кгс/см². Для точного измерения давления использовать манометр с диапазоном измерения от 0 до 1, 6 кгс/см², установленный на магистрали подачи воздуха в емкость;

· Проведение внешнего осмотра топливной емкости на предмет отсутствия на ней механических повреждений;

· Подстыковка разъемов аппаратуры МИС к ОИ;

· Подготовка аппаратуры МИС к работе, схема подсоединения разъемов аппаратуры представлена в приложении В.

При проведении работ используются следующие агрегаты стенда «D», а именно:

· Датчик линейных перемещений Вт-710, сигнализаторы положения сильфона, установленные на топливную емкость;

· В качестве имитаторов компонентов топлива (ИКТ) используется воздух по ОСТ 92-1577-78;

· Управление осуществляется в ручном режиме по командам ведущего по испытаниям.

При возникновении отказа ОИ необходимо прекратить испытание. Возможность дальнейшего проведения испытаний оформляется в борт-журнале испытаний.

Положение сильфонного вытеснителя емкости перед испытанием должно определяться по показаниям датчика Вт-710 с использованием аппаратуры МИС и отражаться в бортжурнале испытаний.

В процессе проведения испытаний с помощью аппаратуры МИС должна регистрироваться и отображаться следующая информация:

· Запас топлива в емкости (л);

· Текущее время испытания (с);

· Скорость перемещения сильфонного вытеснителя (Ом/с).

Избыточное давление в полостях емкости контролируется при проведении испытаний стендовыми средствами (манометром с диапазоном измерения от 0 до 1, 6 кгс/см², установленным на магистрали подачи воздуха в емкость).

Cкорость перемещения сильфонного вытеснителя не должна превышать 3 ом/сек.

Давление подачи воздуха для наддува полостей емкости типа обеспечивается с помощью пневмопульта.

Цель испытаний

Достижение ресурса работы датчика Вт-710 по количеству контролируемых полных циклов «растяжения-сжатия» сильфонного вытеснителя топливной емкости для продления срока летной эксплуатации аналогичных датчиков в составе ДУ ФГБ до 2020 года.

Задачи испытаний

· Ресурсная наработка датчика Вт-710 в составе топливной емкости при 69 полных циклах «растяжение - сжатие» сильфонного вытеснителя;

· Определение показаний датчика Вт-710 на момент замыкания сигнализаторов СПС с определением времени замыкания каждого из трех СПС;

· Определение показаний датчика Вт-710 в момент размыкания сигнализаторов СПС с определением времени размыкания каждого из трех СПС;

· Определение показаний датчика Вт-710 в момент прекращения движения сильфонного вытеснителя при его сжатии;

· Определение моментов времени с недостоверными показаниями сигнала с датчика Вт-710 при его ресурсной наработке.

Отказом объектов испытаний считается прекращение выполнения ими своих функций в процессе перемещения сильфонного вытеснителя при ресурсных испытаниях.

Результаты испытаний

В результате проведения испытаний, были выполнены предусмотренные программой цели и задачи испытаний для 27 полных циклов ресурсных испытаний датчика Вт-710 и СПС. Выполнена первичная обработка результатов испытаний. Результаты испытаний представлены в графическом виде в приложении А. В процессе проведенных испытаний нештатных ситуаций зафиксировано не было. Отказов ОИ при проведении испытаний не зафиксировано.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных работ подтверждена правильность функционирования разработанного программного комплекса совместно с модернизированной аппаратурой МИС при контроле состояния потенциометрического датчика емкости и сигнализаторов положения. На основе анализа результатов испытаний можно сделать следующие выводы.

Зависимость объема емкости ТБГ1 от давления представлена в приложении Г.

Объем топливной емкости ТБГ1 для положения “сильфон полностью сжат”, определенный по паспортным тарировочным характеристикам составил:

по каналу СУ 3.15 л;

по каналу СТК -5.21л;

при этом несоответствие положения сильфонного вытеснителя показаниям паспортных данных датчика составляет:

по каналу СУ 3.15 л;

по каналу СТК -5.21л.

Определен объем топливной емкости ТБГ1 для положения сильфонного вытеснителя топливной емкости в момент срабатывания сигнализаторов типа СПС (два из трех) который составил по паспортным тарировочным характеристикам:

по каналу СУ 303, 4 л;

по каналу СТК 314, 6 л;

сравнить измеренные значения с паспортными значениями не предствляется возможным, т.к. паспортная информация о срабатывании СПС отсутствует.

Определен объем топливной емкости ТБГ1 для положения “сильфон полностью растянут”, который составил по паспортным тарировочным характеристикам:

по каналу СУ 303, 4 л;

по каналу СТК 314, 6 л;

несоответствие показаний паспортным данным датчика составило:

по каналу СУ 8, 4 л;

по каналу СТК 2, 8 л.

Определена уточненная тарировочная характеристика датчика емкости ТБГ1 по положению сильфонного вытеснителя «сильфон полностью сжат».

Определен объем топливной емкости ТБГ1 для положений “сильфон полностью сжат”, “сильфон полностью растянут”, а также момент срабатывания сигнализаторов типа СПС (два из трех), который составил:

Для положения “сильфон полностью сжат”:

по каналу СУ 0, 6 л;

по каналу СТК -5, 38 л.

Для положения “сильфон полностью растянут”:

по каналу СУ 303, 36 л;

по каналу СТК 308, 78 л.

Для положения срабатывания сигнализаторов типа СПС (два из трех):

по каналу СУ 303, 4 л;

по каналу СТК 314, 2 л.

Определен объем топливной емкости ТБГ1 для положений “сильфон полностью сжат”, “сильфон полностью растянут” и момента срабатывания сигнализаторов типа СПС (два из трех), который составил:

Для положения “сильфонный вытеснитель сжат”:

по каналу СУ 0, 06 л;

по каналу СТК -5, 26 л.

Для положения “сильфонный вытеснитель растянут”:

по каналу СУ 303, 4 л;

по каналу СТК 314, 6 л.

Для положения срабатывания сигнализаторов типа СПС (два из трех):

по каналу СУ 303, 4 л;

по каналу СТК 314, 2 л.

Таким образом, в результате выполнения работ подтверждена правильность выполнения технологической последовательности проверки емкости типа при определении остатков топлива с использованием программного комплекса контроля положения сильфонного вытеснителя [6].

Приложение А

Графики изменения объема топливной емкости при перемещении сильфона

Рисунок А.1 – Изменение объема топливной емкости ТБГ3 при перемещении его в крайнее нижнее положение. Циклы №№1–5 из 27.

Рисунок А.2 – Изменение объема топливной емкости ТБГ3 при перемещении его в крайнее верхнее положение. Циклы №№1–5 из 27.

Продолжение приложения А

Рисунок А.3 – Изменение объема топливной емкости ТБГ3 при перемещении его в крайнее нижнее положение. Циклы №№6–10 из 27.

Рисунок А.4 – Изменение объема топливной емкости ТБГ3 при перемещении его в крайнее верхнее положение. Циклы №№6–10 из 27.

Продолжение приложения А

Рисунок А.5 – Изменение объема топливной емкости ТБГ3 при перемещении его в крайнее нижнее положение. Циклы №№11–15 из 27.

Рисунок А.6 – Изменение объема топливной емкости ТБГ3 при перемещении его в крайнее верхнее положение. Циклы №№11–15 из 27.

Продолжение приложения А

Рисунок А.7 – Изменение объема топливной емкости ТБГ3 при перемещении его в крайнее нижнее положение. Циклы №№16–20 из 27. Рисунок А.8 – Изменение объема топливной емкости ТБГ3 при перемещении его в крайнее верхнее положение. Циклы №№16–20 из 27.