Аджян А.П., Аким Э.Л., Алифанов О.М., Андреев А.Н. Ракетно-космическая техника. Машиностроение. Энциклопедия. T. IV-22 В двух книгах. Книга первая

7.2.4. КОМПЛЕКСНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ДУ 829

атмосферного воздуха при отогреве в период слива с в том числе и аварийного слива;

эрозия деструкция внешней теплоизо ляции за счет скоростного напора и трения, создаваемых потоком набегающего воздуха;

частичное механическое разрушение зо ны контакта с баком от виброакустических воздействий работающих двигателей.

Наличие таких разнообразных условий нагружения теплоизоляции требует создания сложных модельных или полноразмерных экс периментальных установок для проверки ее эффективности и подтверждения работоспо собности в натурных условиях. Эксперимен тальная отработка предусматривает решение задач, связанных с исследованием указанных воздействий, а также с определением возмож ных вариантов ремонта теплоизоляции в слу чаях появления трещин и отслоений. В част ности, при нанесении слоев теплоизоляции и ремонте хорошо зарекомендовали себя клеи типа компаунд и др.

7.2.4. КОМПЛЕКСНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ДВИГАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Комплексные стендовые испытания — заключительный этап наземной эксперимен тальной отработки, включающий холодные и огневые испытания ДУ. Их проводят после за вершения автономной отработки агрегатов и ПГС ДУ для комплексной проверки и под тверждения совместной работоспособности двигателей, пневмогидравлических систем то пливоподачи и других систем, обеспечиваю щих функционирование ДУ в условиях, при ближенных к условиям эксплуатации в составе РН. Применяемые для испытаний ДУ изготов ляют в основном в соответствии со штатной технической документацией. Отличия могут состоять в введении дополнительных средств измерений, обеспечивающих повышение ин формативности получаемых результатов экс периментов, а также в обеспечении удобства замены некоторых агрегатов одноразового применения, что позволяет повторное прове дение испытаний. Экспериментальные ДУ ра кетных блоков для стендовых испытаний ком плектуют штатными системами и агрегатами, бортовой кабельной сетью системы управле ния, комплектом датчиков и аппаратуры сис темы измерений, приспособлениями для уста

новки изделия на стенд, его кантования и транспортировки. В ряде случаев материаль ная часть для комплексных холодных испыта ний, в отличие от объекта испытаний для ог невых работ, может иметь в своем составе лишь гидравлический имитатор или тепловой макет двигателя.

При комплексных испытаниях проверя ют и подтверждают:

полноту и качество отработки конструк торской документации;

степень отработки технологии изготовле ния ДУ;

правильность выбора способов контроля работы агрегатов и систем изделия;

эффективность использования контроль но измерительных средств, средств диагности ки и системы аварийной защиты (САЗ) и испы тательного оборудования.

Комплексные испытания проводят при вертикальном расположении ДУ на стенде, масса и тяга, которой воспринимаются сило выми элементами стенда. Баки изделия за правляют натурными компонентами топлива из стендовых хранилищ или из расходных стендовых емкостей.

Объектом комплексных испытаний явля ется ДУ, в состав которой входят системы:

топливоподачи с натурными баками го рючего и окислителя;

заправки, слива и термостатирования ком понентов в топливных баках, контроля давле ния в баках и уровня заправки компонентов топлива;

наддува и дренажа со штатными агрегата ми для хранения и генерации рабочего тела;

регулирования кажущейся скорости (РКС) и соотношений компонентов (РСК) с приводами от системы управления штатной конструкции;

пневмоуправления бортовыми агрегатами; натурных двигателей с агрегатами топли воподачи и получения тяги, а также управле

ния положением ДУ в полете.

Каждое комплексное испытание включа ет в себя ряд технологических операций, про водимых до и после испытания, а также во время испытания. Последовательность и поря док проведения этих операций определяется для каждого конкретного изделия технологи ческим планом работ и циклограммой функ ционирования систем и агрегатов ПГС ДУ.

Комплексные холодные испытания пред шествуют огневым испытаниям. Их проводят

Аджян А.П., Аким Э.Л., Алифанов О.М., Андреев А.Н. Ракетно-космическая техника. Машиностроение. Энциклопедия. T. IV-22 В двух книгах. Книга первая

830	Глава 7.2. СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ДУ

как раздельно по линиям окислителя и горю чего, так и совместно по обеим линиям, при этом решаются следующие основные задачи:

отрабатывают процессы при подготовке баков к заправке и проведении при хранении криогенных компонентов топлива в баках с натурной теплоизоляцией или без та ковой (для не теплоизолированных баков);

отрабатывают процессы захолаживания и заправки расходных магистралей от баков до двигателей ДУ и определяют их гидравличе ские характеристики;

отрабатывают систему бортового наддува

идренажа баков, оптимизируют ее параметры

ирежимы работы с учетом масштабного фак тора и натурного испытания элементов конст рукции;

определяют суммарную негерметичность конструкции ПГС после захолаживания (тер мостатирования) и нагружения рабочим давле нием систем ДУ;

подтверждают работоспособность агрега тов, систем, узлов и элементов ПГС в составе изделия при работе на штатных рабочих телах и оценивают достаточность принятых ресурсов аг регатов для работы по полному штатному циклу;

отрабатывают вспомогательные системы, обеспечивающие работу ДУ, и оценивают их тепловые режимы;

оценивают влияние чистоты жидких и га зообразных компонентов на работоспособ ность элементов ПГС.

Комплексные огневые стендовые испыта ния (ОСИ) ДУ проводят после завершения цикла холодных комплексных испытаний. При проведении ОСИ решают следующие ос новные задачи:

подтверждают на режимах, близких к эксплуатационным, работоспособность двига теля (двигателей) в составе ДУ во время со вместной работы с другими системами изде лия и проверяют соответствие параметров ДУ значениям, заданным в ТЗ на разработку РН:

определяют гидравлические, тепловые и динамические характеристики систем топли воподачи, наддува и дренажа при работающем двигателе;

определяют работоспособность и харак теристики систем РСК и РКС, а также систе мы одновременного опорожнения баков;

подтверждают эффективность алгоритмов работы ПГС ДУ и временных характеристик процессов при захолаживании систем и рабо тающем двигателе;

оценивают влияние работы всех систем ДУ на герметичность и прочность элементов ПГС и надежность узлов крепления с учетом вибронагружений и акустических воздействий; оценивают статистику о характеристиках ДУ и о надежности функционирования эле

ментов ПГС и подтверждают суммарный ре сурс элементов ПГС при имитации штатной циклограммы работы натурного ракетного блока;

оценивают возможность и удобство об служивания ДУ в процессе эксплуатации.

По результатам холодных и огневых ком плексных испытаний выдается заключение о готовности ДУ к летным испытаниям, являю щимся завершающим этапом отработки опыт ных образцов ДУ.

7.2.5.ПРИНЦИПЫ, МЕРОПРИЯТИЯ

ИСРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ СТЕНДОВЫХ

ИСПЫТАНИЙ ЖРДУ

Повышенная степень опасности стендо вых испытаний ЖРДУ характеризуется нали чием следующих опасных и вредных факторов, сопутствующих испытаниям:

большим количеством горючих и поддер живающих горение веществ (в том числе ток сичных, самовоспламеняющихся и взрыво опасных), заправляемых в объект испытания или используемых в наземном оборудовании (керосин, гидразин, жидкие кислород и керо син, пусковые горючие типа триэтилалюми ния, бутила и т.п.);

способностью водорода образовывать с кислородом и воздухом пожаро и взрыво опасные смеси в широком диапазоне концен траций с низкой энергией инициирования;

наличием высоконапряженных агрегатов и элементов конструкции, которые могут по служить источником возникновения аварий ных исходов испытания (ЖРД, агрегаты руле вых приводов, топливные баки, баллоны и магистрали под высоким избыточным давле нием, пиросредства и др.);

присутствием больших количеств жидких водорода и кислорода как источников боль ших температурных напряжений несущих кон струкций, в том числе и в случае их пролива (для кислородно водородных блоков);

использованием значительных количест вах газообразного который при накопле нии его в замкнутых помещениях может при вести к гибели обслуживающего персонала;

Аджян А.П., Аким Э.Л., Алифанов О.М., Андреев А.Н. Ракетно-космическая техника. Машиностроение. Энциклопедия. T. IV-22 В двух книгах. Книга первая

7.2.5. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ЖРДУ 831

возникновением высокотемпературных газовых струй ЖРД, вибраций и акустических полей высоких энергий, сопровождающих за пуск и работу ДУ, включение газоэжекторов, дожигателей и т.п.

Типовым сценарием развития аварийной ситуации является разгерметизация систем ДУ на этапе запуска или работы двигателей на ос новном режиме с проливом и возгоранием компонентов, возникновение пожара или взрыва. При испытаниях кислородно водород ных блоков описанный сценарий развития аварии усугубляется тем, что может возник нуть не только при огневом испытании, но и в процессе заправки при образовании водород но воздушной смеси внутри отсеков изделия или стенда.

В основе обеспечения безопасности ис пытаний ЖРДУ лежат два принципа:

а) последовательное усложнение испыта

ний;

б) анализ возможны аварийных ситуа ций и разработка до начала испытаний конст руктивных и организационных мер по преду преждению и (или) локализации развития ава рии.

Первый из них предполагает исключение появления автономно неотработанного или малонадежного узла (агрегата) в составе уста новки для комплексных испытаний, а также исключения перехода к последующему этапу отработки без завершения предыдущего, пре дусмотренного КПЭО, то есть соблюдение по следовательности:

математическая модель явления; маломасштабное моделирование; автономные испытания с воспроизведе

нием условий эксплуатации; комплексные холодные испытания; огневые стендовые испытания.

Второй принцип реализуются путем вне дрения мер безопасности, закладываемых на этапах проектирования изделия и ДУ, состав ления программ испытаний, проведения соб ственно стендовых испытаний и обеспечения общих организационно технических меро приятий по безопасности.

Так, в составе РБ, поставляемых для стендовых испытаний, как правило, реализо вана уже на этапе проектирования большая часть мероприятий, обеспечивающих их безо пасность и безаварийность при штатной экс плуатации, к числу которых, в частности, от носятся:

применение негорючих и не поддержи вающих горение конструкционных материа лов;

использование на борту РН штатных средств аварийной защиты, предусматриваю щих немедленное прекращение испытания (полета) при выходе за допустимые пределы наиболее ответственных параметров (давле ний в баках, давлений и температур компо нентов на входе в насосы, оборотов ТНА, температуры газов на входе в турбинные по лости ТНА, опасных концентраций паров компонентов топлива в полостях изделия, хвостовом отсеке и др.);

применение систем резервирования сис тем, агрегатов, элементов;

пожаро и взрывобезопасное исполнение электрооборудования, систем управления и контроля параметров;

раздельная компоновка линий окислите ля и горючего;

защита от воздействия статического элек тричества (металлизация, заземление) и др.

Для повышения безопасности условий проведения ОСИ ДУ, дополнительно к штат ным системам, ПГС оснащают:

системами аварийного слива компонен тов топлива и аварийного дренажа баков;

системами аварийного наддува баков от стендовых систем и сброса давления из балло нов с газом высокого давления;

броневой защитой баков от осколков при возможном разрушении агрегатов двигателя;

системами дополнительных продувок и аварийной защиты двигателя при появлении признаков ненормального функционирования его агрегатов;

системами дополнительного охлаждения сопел камер сгорания и рулевых агрегатов (для высотны двигателей) при работе в наземных условия стенде;

контроля концентрации нако пления взрывоопасных газов и паров компо нентов топлива.

Мероприятия и средства обеспечения безо пасности, реализуемые в составе стендового комплекса, призваны локализировать или све сти к минимуму последствия развития аварий ных ситуаций, возникающих на объекте испыта ний. К основным из них относятся системы:

автоматизированного дистанционного контроля и управления стендовыми системами испытания, в том числе в случаях нештатных ситуаций:

Аджян А.П., Аким Э.Л., Алифанов О.М., Андреев А.Н. Ракетно-космическая техника. Машиностроение. Энциклопедия. T. IV-22 В двух книгах. Книга первая

832	Глава 7.2. СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ДУ

водяного и пенного пожаротушения на объекте испытаний;

нейтрализации проливов компонентов топлива в лоток стенда;

охлаждения лотка и выхлопных струй (факела);

газового анализа среды в отсеках объекта испытаний и сооружениях стенда;

подачи инертных газов для замещения воздушной среды и вентиляции отсеков объек та испытаний или стенда;

отвода и безопасного дренирования (до жигания) паров компонентов с объекта испы таний;

хранение и подачи в отсеки газообразно го азота высокого давления или фреона для целей пожаротушения;

телефонной, шлемофонной, громкой свя зи, теленаблюдения.

Самые надежные и эффективные техни ческие средства обеспечения безопасности мо гут не дать ожидаемого эффекта при отсутст вии должных мер по общей организации под готовки и проведения стендовых испытаний. Организационные мероприятия на этапе под готовки к стендовым испытаниям включают:

разработку планов (инструкций, правил) действий участников испытаний (в частности, операторов и ведущих) в случаях возникнове ния нештатных ситуаций;

обучение обслуживающего персонала правилам техники безопасности и действиям в аварийных и нештатных ситуациях с проведе нием тренировок и сдачей соответствующих зачетов;

обеспечение обслуживающего персонала на время проведения испытаний средствами индивидуальной защиты.

На время проведения стендовых испыта ний дополнительно принимают следующие меры:

назначают зоны, откуда проводят эвакуа цию всех посторонних лиц и организуют охра ну этой зоны;

для обслуживающего персонала также на значают более ограниченные зоны, куда пре кращают доступ на определенных этапах испы таний;

привлекают мобильные средства пожаро тушения, которые в отсутствие аварийных си

туаций находятся в резерве и задействуются при необходимости;

организуют оперативное оповещение об служивающего персонала и представителей службы, задействованных в испытаниях, о воз никновении аварийных ситуаций.

Таким образом, отработка ЖРДУ, блоков и ступеней современных РН, находясь на сты ке многих направлений технологий, фунда ментальных и прикладных наук, требует для своей практической реализации сосредоточе ния усилий и привлечения опыта высококва лифицированных специалистов многих отрас лей промышленности. Тем не менее, несмотря на отмеченные трудности, эти совместные усилия находят реальное и успешное воплоще ние в реализованных и новых проектах отече ственного ракетно космического машино строения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Полухин Д.А., Орещенко В.М., Моро зов В.А. Отработка пневмогидросистем двига тельных установок ракет носителей и космиче ских аппаратов с ЖРД. М.: Машиностроение, 1987. 248 с.

2.Барсуков В.С., Бершадский В.А., Гале ев А.Г. Экспериментальные установки и систе мы стендов для испытаний пневмогидросистем ДУ ЛА на криогенных компонентах топлива. М.: Изд во МАИ, 1992. 79 с.

3. Макаров А.А.,

Денисов К.П.,

Гайду

ков В.И. и др. Обобщение опыта эксперименталь ной отработки кислородно керосиновых и кисло родно водородных двигательных установок ра кет носителей на стендах НИИХИММАШ: но технический отчет. Т. I V. Сергиев НИИХИММАШ, 1995.

4.Методическое руководство для испыта телей и конструкторов РКТ по наземной экс периментальной отработке ЖРД, ЖРДУ и КА / под ред. Денисова К.П. Т. I III. Сергиев Посад, НИИХИММАШ, 1998.

5.Положение о порядке создания, произ водства и эксплуатации (применения) косми ческих комплексов (Положение РК 98 КТ).

6.Методы отработки ракетно космиче ских комплексов / под общ. ред. В.Ф. Грибано ва. М.: Машиностроение, 1995. 352 с.