Огневые испытания
ОГНЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ракетного двигателя — стендовые испытания ЖРД со сжиганием в нём топлива (тяга, развиваемая РД, воспринимается конструкцией испытательного стенда).
Огневые испытания являются важной частью программы разработки РД, предшествующей его лётно-конструкторским испытаниям. При создании РДТТ проведение огневых испытаний преследует по существу цель подтверждения работоспособности и расчётных характеристик выбранной конструкции. Для ЖРД эта цель ставится лишь на конечном этапе огневых испытаний экспериментальных образцов двигателей. На начальном этапе огневых испытаний ставится лишь задача обеспечения надёжного запуска ЖРД на установившийся режим работы (который может быть ниже номинального), и продолжительность огневых испытаний исчисляется немногими секундами. Постепенно программа огневых испытаний усложняется. При огневых испытаниях выбирается окончательная конструкция и технология изготовления отдельных систем, агрегатов, узлов и деталей ЖРД, устанавливается временной порядок срабатывания рабочих элементов при запуске и выключении, приобретается опыт эксплуатации ЖРД и т. д. (определённые коррективы могут вноситься по результатам лётно-конструкторских испытаний).
Часто между циклом автономной отработки ЖРД и лётно-конструкторскими испытаниями проводится небольшое число огневых испытаний в составе отдельных блоков космических аппаратов (КА) (ступеней ракет-носителей); при этом проверяется взаимодействие элементов двигательных установок (ДУ) в условиях, по возможности близких к реальному полёту. Цикл работ, связанных с огневыми испытаниями, например, ракетной ступени (начиная от подготовки к огневым испытаниям), занимает несколько месяцев. Доводочные огневые испытания могут проводиться и после начала серийного производства ЖРД с целью более полного исследования рабочих процессов и усовершенствования первоначального образца ЖРД. В практике серийного производства принято проводить также приёмочные огневые испытания изготавливаемых ЖРД для проверки их на соответствие техническим условиям. Продолжительность этих огневых испытаний, называемых контрольно-технологическими, составляет от нескольких десятков до сотен секунд.
В отличие от лётно-конструкторских испытаний, проведение огневых испытаний не связано с жёсткими ограничениями по массе и габаритам датчиков и регистрирующей аппаратуры, по пропускной способности каналов связи, причём аппаратура работает в более благоприятных условиях. Поэтому измерения при огневых испытаниях могут проводиться более точно и в большем объёме. Возможны непосредственные измерения тяги и других параметров, которые при лётно-конструкторских испытаниях определяются косвенно. На испытываемом объекте и в стендовых системах устанавливается в совокупности до 1000 и более датчиков, измеряющих медленно- и быстроменяющиеся параметры. Регистрируются также параметры электрических цепей, прохождение команд от стендовой системы управления, моменты срабатывания элементов автоматики РД и стенда, рулевых приводов и т. д. При огневых испытаниях всё шире используются специальные ЭВМ для управления испытаниями и обеспечения контроля стендового оборудования. ЭВМ производит быстрый опрос большого числа контрольных точек, анализируя полученные данные, автоматически локализует дефекты и при необходимости выключает двигатель. Данные от ЭВМ поступают в систему регистрации, которая выдаёт оперативную информацию о ходе огневых испытаний в виде графиков, карт, диаграмм и цифровых данных с привязкой по времени.
Для огневых испытаний РД созданы специальные стенды. В соответствии с расположением испытываемого объекта различают вертикальные, наклонные и горизонтальные стенды. Стенды для испытаний РДТТ сравнительно просты по устройству. Крупные РДТТ испытываются обычно в горизонтальном положении на открытых площадках или будучи установленными соплами вверх в заглублённых вертикальных стендах; продукты сгорания выбрасываются в атмосферу. Крупные ЖРД испытываются на вертикальных и наклонных стендах. Эти стенды представляют собой сложные инженерные сооружения, оборудованные подъёмно-транспортными и газоотводящими устройствами, а также системами подачи топлива, термостатирования топлива и конструкции ЖРД, нейтрализации компонентов топлива и продуктов сгорания, охлаждения стенда и пожаротушения, контрольно-измерительными средствами и т. д. Стенды оборудуются часто системами светомаскировки и шумоглушения. Расходные магистрали стендов проектируются так, чтобы изменение параметров поступающего в ЖРД топлива на переходных режимах работы в точности соответствовало гидродинамическим процессам, происходящим в натурной ДУ. При огневых испытаниях нередки разрушения двигателей, сопровождающиеся прогарами агрегатов, пожарами и взрывами, что связано с недостаточной изученностью рабочих процессов и конструктивной сложностью многих ЖРД наряду с уникальностью разрабатываемых двигателей и стремлением разработчиков к созданию всё более совершенных конструкций. Поэтому по соображениям безопасности пульты управления при крупных стендах располагаются на некотором удалении от испытываемого объекта во взрывозащищающих сооружениях. Оператор контролирует ход огневых испытаний по показаниям автоматической аппаратуры и при помощи телеустановок.
Разрез вертикального стенда для огневых испытаний крупных ЖРД:
1 — дефлектор газовой струи;
2 — лоток для сбора охлаждающей воды и остатков топлива (с целью последующей нейтрализации);
3 — бронеплита газоотражателя;
4 — манометрический щит;
5 — ЖРД;
6 — коллектор системы пожаротушения;
7 — стендовая рама для установки ЖРД;
8 — баллон промывки ЖРД после испытания;
9 — подъездной путь;
10 — фотоаппаратура.
Отсеки стенда:
а — огневой;
б — тягоизмерительный;
в — распределения сжатого газа;
г — топливных ёмкостей;
д — установки и обслуживания ЖРД;
е — манометрических измерений;
ж — вентиляционный;
и — распределения воды для охлаждения конструкции стенда, газоотражателя и лотка
Наряду со стендами, предназначенными для общей отработки и проверки РД, существуют стенды для специфических исследований, например, работы РД в высотных условиях (достигается созданием пониженного атмосферного давления в районе реактивного сопла). В обычных стендах эти условия создаются при помощи сверхзвуковых диффузоров (эжекторов). В том случае, когда их активной средой является реактивная струя РД, давление окружающей среды может быть снижено до значения, соответствующего высоте 20-25 км. Применение дополнительных эжекторных установок с вспомогательным источником активной среды (например, водяного пара) позволяет имитировать высоту приблизительно до 50 км. Для имитации больших высот необходимо вводить вакуумные диффузионные насосы, криогенные конденсационные экраны и т. д. (см. Барокамера). Например, крупнейший из стендов в Арнольдском центре технических разработок (Arnold Engineering Development Center, США) позволяет испытывать ЖРД тягой до 2,2 МН с имитацией высоты в 30 км. Стенд заключён в вертикальную бетонную трубу диаметром 30 м, заглублённую на 75 м. Испытываемые ЖРД размещаются над поверхностью земли в камере диаметром свыше 14 м и высотой до 24 м. Отработанные газы ЖРД поступают в отводящую трубу, снабжённую эжектирующим устройством, и после пламеотражателя поднимаются вверх. При этом они охлаждаются впрыскиваемой водой и затем отсасываются компрессорами. Другой высотный стенд Арнольдского центра, имеющий вид горизонтальной камеры диаметром 5,5 м и длиной 9,1 м, позволяет исследовать запуск РД тягой ~100 кН в условиях, имитирующих высоту 100 км; для микродвигателей имитируется высота свыше 240 км. Этот стенд оборудован механическими и масляными диффузионными насосами, а также криогенными азотными и гелиевыми конденсационными экранами. Одна из барокамер того же центра, предназначенная для комплексных испытаний крупных КА в условиях длительного полёта, позволяет исследовать запуск РД реактивных систем управления на высоте ~600 км. См. также Доводка жидкостного ракетного двигателя.
Источник: Космонавтика: Энциклопедия / Гл. ред. В. П. Глушко…
Наклонные огневые испытания серийного РД-107/108 на испытательном комплексе ОАО «Кузнецов» в поселке Винтай (http://gelio.livejournal.com)
