702

− E

u = K0e RT ,

где K0 – постоянная, E – энергия активации (эти постоянные определяется экспериментально для каждого топлива), R – универсальная газовая постоянная, T – температура топлива. Процессы старения сильно зависят от температуры. При эксплуатации двигатель находится в определенных температурах, которые известны для каждого климатического района [20]. Допустим, что средняя температура в климатическом районе 15 °С, причем двигатель в этом районе должен находится в течение 10 лет. Если выдерживать изделие при 50 °С, то эквивалентный срок хранения будет гораздо меньше и составит примерно месяц. И через месяц заряд будет состарен так же, как за 10 лет эксплуатации.

При отработке для подтверждения гарантийных сроков хранения отбирается несколько двигателей, которые закладываются в термокамеры на температуру, равную максимальной температуре при эксплуатации. Сначала с термостатирования выходит двигатель, с помощью которого имитировалось хранение в самом северном климатическом районе, потом – более южном, потом самом южном районе эксплуатации. Затем проводят ОСИ двигателей, и в случае положительных результатов испытаний делается заключение о соответствии характеристик двигателя требования ТЗ по срокам хранения. Подтверждение сроков хранения проводят обычно для заряда, так как именно этот узел двигателя наиболее подвержен процессам старения.

Подтверждение сроков хранения обычно совмещается с другими видами испытаний. Например, часто применяется следующая схема проведения:

- отбирается для проведения работ, например, 4 двигателя. Все они проходят попеременное термостатирование. Отбирается один двигатель, подвергается транспортным испытаниям, осматривается и проводится ОСИ при минимальной температуре. Этим подтверждается работоспособность двигателя сразу после изготовления;

261

-оставшиеся три двигателя стоят на термостатировании при максимальной температуре эксплуатации. По достижении времени термостатирования, при котором имитируется хранение в северном климатическом районе, отбирается один двигатель, подвергается транспортным испытаниям, осматривается и проводится ОСИ при максимальной температуре эксплуатации. Подтверждается работоспособность двигателя после хранения в северном климатическом районе;

-оставшиеся два двигателя стоят на термостатирование при максимальной температуре эксплуатации. По достижении времени термостатирования, при котором имитируется хранение в климатическом районе средней полосы, отбирается один двигатель, подвергается транспортным испытаниям, осматривается и проводится ОСИ при минимальной температуре эксплуатации. Подтверждается работоспособность двигателя после хранения в средней полосе;

-оставшийся двигатель термостатируется в течение времени, которое имитирует хранение в южном климатическом районе, подвергается транспортным испытаниям, осматривается и проводится ОСТ при максимальной температуре испытаний. Подтверждается работоспособность двигателя после хранения в южном климатическом районе.

После завершения работ определяются сроки службы двигателя и даются рекомендации для составления плана регламентных работ при эксплуатации.

РДТТ является частью ракетного комплекса, поэтому сроки службы двигателя должны быть связаны со сроками эксплуатации ракеты и комплекса.

6.7. Летные испытания ракеты

Проводятся с целью подтверждения работоспособности ракеты и являются основанием для сдачи изделия заказчику. Для подводных ракет эти испытания называются ходовыми.

При испытаниях проверяются:

262

-воспламенение зарядов и их функционирование;

-параметры старта и разделения ступеней, отсечки тяги;

-достижение конечной ступенью заданной скорости

иточность достижения заданной цели;

-параметры работы приборного отсека;

- параметры работы конструкции ракеты (тепловой

исиловой режим);

-параметры траектории ракеты. Контролируется:

-работа автомата дальности;

-работа автомата стабилизации;

-работа системы управления;

-работа источников питания;

-работа двигательной установки. Средства измерения при испытаниях:

-бортовые радиотелеметрические системы;

-датчики;

-согласующие и усилительные устройства;

-программно-коммуникационные устройства (система опроса датчиков);

-бортовая кабельная сеть системы измерений с источниками питания;

-наземные приемные станции.

По окончании летных испытаний проводится анализ достаточности наземных испытаний, а также работоспособности и эффективности наземного оборудования.

263

ГЛАВА 7. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ОТРАБОТКЕ РДТТ

7.1. Параметры двигателя, замеряемые при отработке

При испытаниях двигателя производится измерение его параметров. Измерение – это процесс получения информации, заключающийся в сравнении опытным путем измеряемых и известных величин, проведении необходимых логических и вычислительных операций и в представлении в числовой форме результата, выраженного в единицах измерения [8, 9]. При этом используются средства измерения – технические устройства, с помощью которых осуществляется количественная оценка измеряемых величин.

При измерении производится определение параметров протекающих в двигателе процессов. Под параметром понимается величина, характеризующая свойства физическо-

го процесса. Номинальное значение параметра – значе-

ние параметра, соответствующее расчетной величине на установившемся режиме. Замер параметров осуществляется в некотором диапазоне измерений прибора, под которым понимается интервал между нижним и верхним пределом измерений прибора.

Любой замер осуществляется с определенной точностью. Точность измерений – это степень приближения результата измерения к истинному значению измеряемой величины. Погрешность измерения – это разность между полученным при измерении и истинным значениями измеряемой величины. Погрешности делятся на различные группы, в зависимости от причин, их порождающих. Абсолютная погрешность – это разность между замеренным и истинным значениями, выраженная в единицах измерения. Разность, выраженная в долях измеряемой величины, или в процентах, будет называться относительной по-

грешностью. Приведенная погрешность будет опреде-

ляться в процентах от диапазона измерений прибора. Мо-

264

жет быть погрешность относительного измерения (определенная по результатам одного замера) и погрешность результата измерения, т.е. погрешность среднего значения многократных измерений. Систематическая погрешность – это погрешность, которая остается постоянной в какой-то совокупности наблюдений или изменяется по определенному закону. Причины систематических погрешностей:

-инструментальные погрешности прибора, возникающие из-за неточности его градуировки или юстировки;

-нестабильность показаний прибора, объясняющаяся действием какого-то фактора, который изменяет показания прибора по какому-то закону, например, влияние изменений температуры окружающей среды;

-методические погрешности, которые возникают из-за неточного учета закономерностей, определяющих результат измерения;

-динамические погрешности, проявляющиеся при измерении параметров быстропротекающих процессов.

Случайные погрешности нельзя заранее определить

иучесть, они носят случайный характер. Причины их возникновения те же самые, что и систематических погрешностей, но они носят случайный характер.

Погрешности делятся на статические, возникающие при номинальной скорости изменения исследуемого процесса, и динамические, которые возникают за счет инерционности отдельных звеньев прибора.

При отработке РДТТ постоянно производится анализ процесса измерений, который предполагает установление степени соответствия реального процесса выбранной математической модели, характеризующей данный процесс. Кроме того, систематически проводят оценку точности измерений – это определение погрешностей системы измерений с помощью статистической обработки результатов измерений или экспериментально полученных погрешностей всех звеньев системы.

265

При замере параметров должна быть уверенность в том, что показания прибора соответствуют действительным значениям замеряемой величины. Проверка пригодности прибора к замеру проверяется следующими способами:

Поверка – сравнение мер или показаний измерительных приборов с образцовыми мерами или показаниями образцовых измерительных приборов для определения их погрешности или поправок.

Тарировка – определение зависимости между показаниями измерительного прибора и измеряемым параметром, осуществляемое путем воздействия на чувствительный элемент прибора параметром физического процесса, аналогичного измеряемому.

Калибровка – определение зависимости между показаниями измерительного прибора и изменяемым параметром, осуществляемое подачей на вход прибора эталонных электрических сигналов или имитацией применения параметров датчика.

Поверка прибора производится периодически (чаще всего один раз в год). После поверки прибор считается пригодным к эксплуатации в течение определенного срока – чаще всего на год. Тарировка позволяет осуществлять текущий контроль в течение срока эксплуатации. Она может производиться перед каждым замером или группой замеров. Для тарировки требуется специальное оборудование. Наиболее простой вид текущего контроля производится с помощью калибровки, когда реальная нагрузка на датчик заменяется ее имитацией.

Замеряемый параметр воспринимается первичным преобразователем (датчиком). Это прибор, восприни-

мающий воздействие параметра физического процесса и преобразовывающий его в электрическую величину. Далее сигнал поступает на преобразователь, где идет усиление или преобразование сигнала, затем поступает на регистратор, который предназначен для документирования информации, поступающей с датчиков, на носителях информации (бумага, магнитная лента, фотобумага). Пос-

266

ледняя операция - дешифровка (первичная обработка).

Это процесс обработки документов регистрации для получения значений параметров, выраженных в единицах измерений, т.е. непосредственных значений давления в камере сгорания, тяги двигателя и т.д. Вторичная обработка – это определение производных величин и характеристик по измеренным параметрам. В данном случае при испытаниях двигателя определяются величины потерь единичного импульса по группе испытаний, закон скорости горения топлива в двигателе и т.д.

Параметры, измеряемые при стендовых испытаниях:

1.Параметры медленноменяющихся процессов. Мо-

гут иметь колебания частотой несколько герц. Это величины давления в жидкостях и газах, сила тяги, температура тел, число оборотов турбонасосного агрегата, углы поворота исполнительных органов рулевых машинок, линейные перемещения и т.д.

2.Параметры быстроменяющихся процессов. Могут иметь колебания с частотой более десятков герц. Их делят:

а) на параметры почти периодических процессов,

которые описываются функциональными зависимостями

n

типа X = ∑ Aisin (ωit +ϕi ) . Это колебания давления в каме-

i=1

ре сгорания, расхода жидкого топлива, силы тяги;

б) параметры случайных процессов. Это вибрации конструкции, акустические шумы. Эти процессы описываются как случайная функция, т.е. определяется зависимость математического ожидания, дисперсии и корреляционной функции от времени работы изделия;

в) параметры переходных процессов. Это давление

вкамере сгорания, сила тяги, расход продуктов сгорания

вмомент запуска двигателя и его отсечки. Описание про-

цесса производится в виде функции X = Ae−δtsin(ωt +ϕ) , где A – амплитуда, δ – коэффициент затухания (иногда оп-

	ределяется через декремент затухания λ =	A(t)	). Если
		A(t +T )
	267

затухание колебаний происходит по экспоненциальному закону, то λ = const. Время, за которое амплитуда уменьшается в e раз, называется временем затухания τ = 1/δ. Кроме этого, переходный процесс может быть без колебаний, гладким, например – спад давления в конце работы двигателя.

Измерения параметров двигательной установки могут быть прямыми и косвенными. Измерение называется прямым в том случае, если замер осуществляется с помощью прибора, отградуированного в единицах измерения требуемого параметра. Например, при замере давления в камере сгорания используется датчик давления, отградуированный в единицах давления. Косвенными измерения называются тогда, когда измеряемый параметр получается пересчетом показаний одного или нескольких приборов. Например, единичный импульс по результатам испытаний двигателя можно определить делением полного импульса двигателя на массу топлива. Кстати, полный импульс является также результатом косвенного измерения, т.е. получается интегрированием тяги по времени работы двигателя. Необходимо заметить, что прямые замеры имеют, как правило, более высокую точность, но требуют для своего применения более сложной аппаратуры.

При отработке РДТТ необходимо проведение замеров величин давления, разрежения, перепадов давления, силы тяги, расходов, температур, числа оборотов ТНА, углов поворота, линейных перемещений, шарнирных моментов, пульсаций давления, вибраций конструкции, деформаций элементов конструкции, акустических шумов. При этом используется система единого времени.

7.2. Методика измерения параметров двигателя

Одним из основных параметров датчика является его

статическая характеристика. Это функциональная за-

висимость между изменением входной (x) и выходной (y)

величинами [21]. Чувствительность датчика определя-

268

ется как S = dydx и характеризует изменение выходной ве-

личины в зависимости от изменения входного параметра датчика. Порог чувствительности датчика – это минимальное изменение входной величины, которое вызывает изменение выходного сигнала. Большое значение имеет гистерезис датчика, который заключается в неоднозначности хода статической характеристики при уменьшении и увеличении входной величины. Причины его возникновения – люфты в соединениях, трение в узлах датчика, внутреннее трение в материалах, магнитный гистерезис.

Общие требования к стендовой системе измерений при отработке двигателей [8, 9]:

-высокая точность измерений. Параметры должны замеряться с предельной погрешностью от 0,2 1,0 %;

-широкий частотный диапазон измерения быстроменяющихся процессов – до 20 кГц;

-высокая надежность и помехоустойчивость аппаратуры.

-дистанционность измерения и автоматизация управления аппаратурой при испытаниях;

-обеспечение непрерывности измерения и регистрации параметров – до 1000 с.;

-широкий диапазон температур замеряемых сред – от

минус 245 до 3500 °С;

-широкий диапазон температур окружающей среды – от минус 50 до 70 °С;

-отсутствие или незначительная величина гистерезиса;

-возможность визуального контроля параметров при испытаниях;

-минимальное время и трудоемкость при подготовке аппаратуры к работе;

-оперативность получения экспресс-данных и окончательных результатов измерения.

Требование к точности замера должно быть обосновано, так как повышение точности это большая работа и за-

269

траты. Так, требования к повышению точности замера тяги, импульса, давления обоснованы – это выходные характеристики двигателя. Промежуточные же параметры не всегда требуют высокой точности замера. Кроме этого, надо учитывать и возможности обработки полученных результатов. Если математическая обработка вносит большие погрешности в результат, то и замерять с большой точностью их нет смысла.

Методы измерения параметров двигателя при его отработке

1. Электрический основан на преобразовании энергии замеряемого параметра непосредственно на датчике в электрический сигнал. Существует два типа датчиков, которые отличаются по форме первичного электрического сигнала:

а) аналоговый – первичный электрический сигнал с датчика непрерывен и пропорционален величине замеряемого параметра. Достоинства этого метода в его простоте, возможности непосредственного получения зависимостей измеряемых величин. Недостаток – потери точности при передаче замеренных данных, поскольку здесь, в электрических цепях, начинают сильно влиять наводки от посторонних источников;

б) дискретный – первичный сигнал с датчика пропорционален частоте некоторого промежуточного параметра самого датчика, которая зависит от величины замеряемого параметра. Сигнал с датчика поступает дискретный. Дискретные методы обладают большей точностью. Недостатки – некоторая потеря информации из-за дискретности отсчетов во времени и сложность аппаратуры.

2. Неэлектрические – это механические, гидравлические, пневматические и другие методы. Применяются при отработке двигателей очень редко из-за малой точности, большой инерционности, сложности устройства, невозможность дистанционной регистрации.

Общая схема системы измерения приведена на рис. 7.1.

270