способ диагностики состояния разделителя топливного бака вытеснительной системы подачи топлива на космический объект
Классы МПК: | B64G1/40 размещение и модификация двигательных систем F02K9/50 с использованием сжатой текучей среды для нагнетания топлива (вытеснительная система подачи) |
Автор(ы): | Корнилов Владимир Александрович (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2006-02-28 публикация патента:
20.05.2008 |
Изобретение относится к двигательным системам космических объектов. Согласно предлагаемому способу отсекают газовую магистраль подачи газа наддува и жидкостную магистраль подачи жидкого топлива на космический объект. Тем самым образуют с помощью разделителя два герметически замкнутых объема: газовый и жидкостный. Каждый объем включает в себя газовую (жидкостную) полость топливного бака и часть газовой (жидкостной) магистрали с нормально закрытым пускоотсечным клапаном. Создают предварительным наддувом заданное давление в газовой полости бака и однофазный состав топлива в жидкостной полости бака. Фиксируют начальные давление и температуру газа в газовой полости бака. Периодически измеряют давление и температуру в газовой полости бака и температуру в жидкостной его полости. Диагноз состояния разделителя устанавливают из анализа динамики изменения измеряемого давления в газовой полости бака. При нарушении целостности разделителя это давление будет стремиться к некоторому равновесному значению, вычисляемому по определенной зависимости. Технический результат изобретения состоит в возможности диагностировать, в том числе на ранней стадии и в автоматическом режиме, как быстро, так и медленно развивающиеся неисправности разделителя топливного бака, ведущие к нарушению его целостности. 3 ил.
Формула изобретения
Способ диагностики состояния разделителя топливного бака вытеснительной системы подачи топлива на космический объект, заключающийся в том, что отсекают газовую магистраль подачи газа наддува и жидкостную магистраль подачи жидкого топлива потребителю на космический объект, образуя разделителем два герметически замкнутых объема: газовый (Vг), включающий газовую полость топливного бака и часть газовой магистрали с нормально закрытым пускоотсечным клапаном, и жидкостный (Vж ), включающий жидкостную полость топливного бака и часть жидкостной магистрали с нормально закрытым пускоотсечным клапаном, измеряют начальные давление (Рнг) и температуру (Тнг) газа в газовой полости бака после наддува бака при однофазном состоянии топлива в жидкостной полости бака, периодически и одновременно измеряют суммарное давление ( Ркг) газа наддува и паров жидкого топлива и температуру (Ткг) в газовой полости бака, температуру (Ткж) в жидкостной полости бака и вычисляют равновесное суммарное давление ( Рк) газа наддува и насыщенных паров жидкого топлива по выражению
где А=Vг+ ·Vж·В·Т кг; - коэффициент Генри, В - удельная газовая постоянная газа наддува, b1, b2, b3 - экспериментальные коэффициенты в зависимости давления насыщенных паров топлива от температуры, по измеренным значениям Ркг и вычисленным для тех же моментов времени значениям Рк строят кривые зависимости Pкг и Рк от времени, а диагностику проводят по результатам сравнения этих зависимостей между собой в каждый момент времени и судят о нарушении целостности разделителя бака при выполнении условия
mod( Pк- Pкг) Y,
где Y определяется с учетом предельных абсолютных погрешностей ( Ркг), Рнг измерения давлений и погрешностей Ткг, Тнг, Ткж измерения температур, выражением
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к космической технике, к области проектирования и эксплуатации вытеснительных систем (ВС) подачи топлива двигательной установки (ДУ) космических аппаратов (КА), а именно к системам контроля и диагностики неисправностей в ВС при эксплуатации в космосе.
Рассматриваются ВС, где вытесняющий газ воздействует на жидкие компоненты топлива через разделительный элемент (далее разделитель) бака [1, с.20], что позволяет снять вопросы совместимости топлива и вытесняющего газа, ориентации жидкого компонента топлива в состоянии невесомости и надежной подачи, например, в камеру жидкостного ракетного двигателя [2, с.145].
Выход из строя (повреждения в виде трещин, микронеплотностей сквозного характера или полное разрушение) разделителя бака приводит к попаданию вытесняющего газа в компоненты топлива, что приводит к выделению в системах подачи свободного газа из топлива, попаданию газа на входы в ДУ и нарушению режимов ее работы.
В процессе полета КА разделитель бака ВС подвергается механическим воздействиям (статическим, вибрационным и ударным нагрузкам, линейным ускорениям и акустическому шуму), которые могут приводить к неисправности разделителя. Причем неисправность может быть быстро и медленно развивающейся. Быстрая неисправность, приводящая к существенному нарушению целостности разделителя, при контроле, например за перепадом давления на разделителе, может достаточно ярко проявиться. Однако в ряде случаев (для разделителей с малой жесткостью, для разделителей с переменной жесткостью или когда абсолютная погрешность измерения перепада давления на разделителе сравнима с величиной его жесткости) изменение перепада давления в баке не столь заметно и выявить нарушение целостности разделителя по этому параметру затруднительно. Кроме того, медленные неисправности разделителя бака проявляются в показаниях контрольных параметров значительно слабее. Особенно слабо выражены медленные неисправности малой степени, такие как незначительные утечки компонента топлива в газовую полость бака или газа наддува в жидкостную полость бака при незначительных по величине повреждениях разделителя. В результате чего даже для достаточно отработанных или серийно изготовленных ВС, на которых устранены основные конструктивные недоработки и дефекты, могут проявиться (особенно для такого чувствительного элемента как разделитель бака) скрытые, редко проявляющиеся конструктивные дефекты или неисправности. Они связаны с новыми условиями работы ДУ в составе КА, или случайными производственными дефектами, присущими данному конкретному экземпляру ВС, или ухудшением характеристик надежности из-за изменения технологии изготовления, не улавливаемой используемыми системами контроля качества изготовления.
Так возникает задача диагностики состояния пневмогидравлической системы (ПГС), в частности разделителя топливного бака вытеснительной системы подачи, возможного нарушения целостности разделителя на этапе предварительного наддува топливного бака и не выявленного, после механических воздействий на разделитель, на предыдущих этапах эксплуатации КА.
Таким образом, задачей нового технического решения является создание надежного способа диагностики состояния разделителя топливного бака после механических воздействий на него в процессе эксплуатации КА на этапе предварительного наддува топливного бака предшествующего режиму перелива топлива из жидкостной полости бака.
Техническим результатом, получаемым при использовании настоящего изобретения, является возможность:
- по динамике изменения давления в газовой полости бака диагностировать как быстро развивающуюся неисправность разделителя бака, так и медленно развивающуюся;
- установить факт потери герметичности разделителя бака на более ранней стадии (до режима перелива топлива из бака) и таким образом предотвратить попадание газа наддува на входы в ДУ и нарушение режимов работы ДУ;
- дать прогнозную оценку ожидаемого падения давления в топливном баке при нарушении именно целостности разделителя.
Поставленная задача достигается способом диагностики состояния разделителя топливного бака вытеснительной системы подачи топлива на космический объект, заключающаяся в том, что отсекают газовую магистраль подачи газа наддува и жидкостную магистраль подачи жидкого топлива потребителю на космический объект, образуя разделителем два герметически замкнутых объема - газовый: Vг, включающий газовую полость топливного бака и часть газовой магистрали с нормально закрытым пускоотсечным клапаном, и жидкостный: Vж , включающий жидкостную полость топливного бака и часть жидкостной магистрали с нормально закрытым пускоотсечным клапаном; измеряют начальные давление (Рнг) и температуру (Тнг) газа в газовой полости бака после наддува бака при однофазном составе топлива в жидкостной полости бака; периодически и одновременно измеряют суммарное давление ( Ркг) газа наддува и давление паров жидкого топлива и температуру (Ткг) в газовой полости бака, температуру (Ткж) в жидкостной полости бака и вычисляют равновесное суммарное давление ( Рк) газа наддува и давление насыщенных паров жидкого топлива по выражению
где А=Vг+ ·Vж·В·Т кг; - коэффициент Генри; В - удельная газовая постоянная газа наддува; b1, b2, b3 - коэффициенты зависимости давления насыщенных паров топлива от температуры; по измеренным значениям Ркг и вычисленным для тех же моментов времени значениям Рк строят кривые зависимости Ркг и Рк от времени, а диагностику проводят по результатам сравнения этих зависимостей между собой в каждый момент времени и судят о нарушении целостности разделителя бака при выполнении условия mod( Рк- Ркг) Y, где Y определяется с учетом предельных абсолютных погрешностей ( Ркг), Рнг измерения давлений и погрешностей Ткг, Тнг, Ткж измерения температур, по выражению
В качестве конкретного примера на фиг.1 изображен фрагмент пневмогидравлической схемы, реализующей предлагаемый способ; на фиг.2 приведен возможный вариант кривых для зависимостей Pкг и Рк от времени, поясняющих суть способа; в таблице на фиг.3 приведены результаты примера реализации предложенного способа.
Фрагмент на фиг.1 состоит из последовательно расположенных регулятора давления 1 рабочего газа наддува, регулятора расхода 2, пускоотсечного клапана 3 на газовой магистрали 4 с установленными на ней датчиками давления 5 и температуры 6; топливного бака 7, включающего газовую полость 8, отделенную разделителем 9 от жидкостной полости 10; датчиков температуры 11 и давления 12 на жидкостной магистрали 13 с установленным на ней пускоотсечным клапаном 14.
Ставится задача диагностики состояния разделителя 9 на этапе предварительного наддува топливного бака 7, т.е. на последнем этапе до начала перелива топлива из бака 7. Поставленная задача реализуется следующим образом.
Отсекают газовую магистраль 4 подачи газа наддува и жидкостную магистраль 13 подачи жидкого топлива потребителю на космический объект, образуя разделителем 9 два герметически замкнутых объема - газовый: V г, включающий газовую полость 8 топливного бака 7 и часть газовой магистрали 4 с нормально закрытым пускоотсечным клапаном 3, и жидкостный: Vж, включающий жидкостную полость 10 топливного бака 7 и часть жидкостной магистрали 13 с нормально закрытым пускоотсечным клапаном 14.
Эти замкнутые объемы еще на этапе наземной подготовки вакуумируют и жидкостную полость 10 топливного бака 7 заправляют топливом, предварительно освобожденным от посторонних газовых включений, так что давление в свободной газовой подушке [3, с.18] в жидкостной полости 10 будет соответствовать давлению насыщенных паров топлива.
На этапе предварительного наддува топливного бака 7 сжатый газ, имеющий на входе регулятора давления 1 газа наддува произвольное давление, но заведомо большее уставки регулятора давления 1, приобретает на выходе стабильное давление. Регулятор расхода 2 газа наддува при наличии на входе газ со стабильным давлением обеспечивает протекание газа через себя со стабильным расходом. После открытия нормально закрытого пускоотсечного клапана 3 давление в газовой полости 8 плавно нарастает благодаря стабильному расходу газа, задаваемому регулятором давления 1 и регулятором расхода 2. Газ наддува, попадающий через участок газовой магистрали 4 в газовую полость 8 топливного бака 7, при давлении, превышающем жесткость разделителя 9, перемещает его в сторону жидкостной полости 10. Давление наддува топливного бака 7 подобрано так, что в результате повышения давления в газовой подушке в жидкостной полости 10 пары топлива конденсируются до исчезновения газовой подушки, в результате чего создаем заданное давление в газовой полости бака и однофазный состав топлива в жидкостной полости 10 топливного бака 7. Когда давление в контролируемом газовом объеме достигает величины уставки регулятора давления 1, что фиксирует датчик давления 5, поступает команда на закрытие пускоотсечного клапана 3. Фиксируют для начального момента времени = н начальное давление (Р нг) датчиком давления 5 и начальную температуру (Т нг) газа датчиком температуры 6 в газовой полости 8 топливного бака 7. Периодически и одновременно через временной интервал , в зависимости от информативности информационно-телеметрической системы, для момента времени = к= н+к· (к=0,1,2,...) измеряют суммарное давление ( Ркг) газа наддува и паров жидкого топлива датчиком давления 5 и температуру (Ткг ) датчиком температуры 6 в газовой полости 8 топливного бака 7, а также температуру (Ткж) датчиком температуры 11 в жидкостной полости 10 топливного бака 7.
Вычисляют ожидаемое равновесное суммарное давление ( Рк) газа наддува и насыщенных паров жидкого топлива по выражению (1).
По измеренным значениям Ркг и вычисленным для тех же моментов времени значениям Рк строят кривые зависимостей Ркг и Рк от времени, как показано на фиг.2, а диагностику проводят по результатам сравнения этих зависимостей между собой в каждый момент времени и судят о нарушении целостности разделителя бака при выполнении условия mod( Рк- Ркг) Y, где Y определяется с учетом предельных абсолютных погрешностей измерения давлений и температур по выражению (2).
При нарушении целостности разделителя на поверхности контакта газа наддува с топливом протекает процесс абсорбции газа. Скорость процесса массопереноса газа наддува из объема Vг в топливо (в объем Vж) определяется степенью отклонения системы топливо - газ от равновесия, физическими свойствами топлива и газа, способом соприкосновения фаз [3, с.57]. Также необходимо учитывать, что процесс растворения газа жидкостью сопровождается выделением или поглощением тепла (для жидкостей органического происхождения - поглощением тепла [3, с.56]).
Зависимости (1) и (2) в предположении нарушения целостности разделителя топливного бака получены следующим образом.
Очевидно, для анализируемой системы (Vг +Vж), по мере растворения топливом (массопереноса) газа наддува из объема Vг в объем V ж, давление в газовой полости бака будет падать, приближаясь к равновесному давлению. На фиг.2 приведена кинетика абсорбции, т.е. скорость процесса массопередачи, представленная в виде варианта зависимости от времени t суммарного давления газа наддува и паров жидкого топлива в газовой полости бака при стремлении к равновесному давлению. Определим суммарную массу ( Мг) газа наддува для = н в объеме Vг , используя уравнение Менделеева - Клапейрона [4, с. 151] для идеального газа, по выражению
Очевидно, при периодическом контроле за изменением давления и температуры в газовой и жидкостной частях топливного бака, для любого момента времени = к при абсорбции должно соблюдаться соотношение
где Мк и m к - масса газа наддува, оставшегося в объеме V г, и масса газа, растворенного в жидкости объемом V ж.
Массу газа наддува в объеме Vг для момента времени = к, аналогично (3), можно определить из соотношения
где Ркг - парциальное давление газа наддува в объеме Vг.
Статика процесса абсорбции газа определяет состояние, которое устанавливается при весьма продолжительном соприкосновении фаз (газа наддува и жидкого топлива) и для ракетного топлива подчиняется закону Генри, в соответствии с которым растворимость газа наддува прямо пропорциональна парциальному давлению газа наддува (р) над жидкостью
где с - равновесная концентрация газа в жидкости.
Коэффициент растворимости Генри определяется физико-химическими свойствами жидкости и в диапазоне рассматриваемых давлений является функцией температуры [5, с. 13].
Откуда для равновесного состояния жидкости и газа определяем массу (m) растворенного в топливе газа наддува
а массу газа наддува (М), оставшуюся в объеме Vг, аналогично (5), определим из соотношения
где Т - температура газа и жидкости для равновесного состояния.
Подставляя (3), (7), (8) в соотношение Мг=М+m, определим парциальное давление газа наддува (р) для равновесного состояния из выражения
Откуда суммарное давление для равновесного состояния в газовой полости топливного бака определим из выражения
где Ps(T) - давление насыщенных паров компонента топлива отвечает зависимости [3, с.18]
где b1, b 2, b3 - экспериментально полученные коэффициенты для данной топливной композиции зависимости давления насыщенных паров компонента топлива от температуры топлива.
В объеме Vг для каждого момента времени = к, принимая в первом приближении температуру газа наддува Т=Ткг и температуру топлива Т=Ткж, используя (9) и (10), вычислим ожидаемое при равновесии суммарное давление Рк (складывается из суммы парциальных давлений: вычисленной с использованием закона Генри давления газа наддува (Рк) и давления насыщенных паров жидкого топлива (Ps)):
Откуда с учетом (12) выражение (13) представляем в виде (1). Очевидно, с течением времени = к= н+к· (к=0,1,2,...), жидкость и газ в объеме V г+Vж стремятся к равновесному состоянию, при этом параметры (в том числе и периодически контролируемые) Ркг, Рк, Ркг, М к, mк, Ткг, Ткж будут соответственно стремиться: Ркг Рк Р, Ркг Рк р, Мк М, mк m, Ткг Т, Ткж Т.
Периодически измеряемое суммарное давление Ркг (складывается из суммы парциальных давлений газа наддува и давления паров жидкого топлива) в объеме Vг для каждого момента времени = к сравниваем с вычисленным (ожидаемым) суммарным давлением Рк, получаемым в результате прогнозной оценки при стремлении системы жидкость - газ, в контролируемом объеме Vг+Vж, к равновесному состоянию.
Вычисленное по (1) значение к-го параметра Рк сравниваем с измеренным Ркг до тех пор (в пределах планируемой продолжительности данной проверки), пока не получим следующий результат:
где Y - величина допустимого расхождения вычисленного и измеренного давлений для данного момента времени = к.
Примем за величину допустимого расхождения в соответствии с теорией погрешностей [6, с.132] предельную абсолютную погрешность Y функции f( Ркг, Рнг, Т кг, Тнг, Ткж )= Рк- Ркг переменных Ркг, Рнг, Т кг, Тнг, Ткж , считая, что для значений переменных Ркг, Рнг, Т кг, Тнг, Ткж известны предельные абсолютные погрешности, равные ( Ркг), Рнг, Ткг, Тнг, Ткж, соответственно. В первом приближении при определении Y в диапазоне рассматриваемых давлений будем считать не зависящей от температуры.
Y равна сумме произведений модулей частных производных функции f( Ркг, Рнг, Т кг, Тнг, Ткж ) по переменным Ркг, Рнг, Т кг, Тнг, Ткж на предельную абсолютную погрешность соответствующего значения переменной, откуда
Исходя из физического смысла поставленной задачи в выражении (15) слагаемые под знаком модуля могут принимать только положительные значения. Учитывая это обстоятельство, из (15) получаем (2).
Необходимо отметить, что по динамике изменения Ркг от времени и скорости сближения кривых зависимостей Ркг и Р к от времени можно судить о степени повреждения разделителя бака и дальнейшей корректировке планируемой продолжительности данной проверки.
Приведем конкретный пример реализации предложенного способа диагностики состояния разделителя топливного бака вытеснительной системы подачи.
При диагностике состояния разделителя топливного бака единицы измерения величин взяты в системе СИ.
В качестве примера ракетного топлива, заправленного в жидкостную полость 10 топливного бака 7, будем рассматривать компонент топлива, примерно соответствующий по своим свойствам четырехокиси азота (N2О 4) [5, с.14-16], а в качестве газа наддува рассматриваем азот (N2). Для азота удельная газовая постоянная В=R/ =8,31·103/28=297 Дж/(кг·К), где R - универсальная газовая постоянная, - молекулярный вес газа.
На этапе предварительного наддува топливного бака 7 сжатый газ, имеющий на входе регулятора давления 1 газа наддува произвольное давление, но заведомо большее уставки регулятора давления 1, приобретает на выходе стабильное давление (положим 2·106 Па). Регулятор расхода 2 газа наддува при наличии на входе газа со стабильным давлением обеспечивает протекание газа через себя со стабильным расходом. После открытия нормально закрытого пускоотсечного клапана 3 давление в газовой полости 8 плавно нарастает благодаря стабильному расходу газа, задаваемому регулятором давления 1 и регулятором расхода 2. Газ наддува, попадающий через участок газовой магистрали 4 в газовую полость 8 топливного бака 7, при давлении, превышающем жесткость разделителя 9, перемещает его в сторону жидкостной полости 10. Давление наддува бака 7 подобрано так, что в результате повышения давления в газовой подушке в жидкостной полости 10 пары топлива в полости 10 конденсируются до исчезновения газовой подушки, в результате чего создаем заданное давление в газовой полости 8 бака 7 и однофазный состав топлива в жидкостной полости 10 бака 7. Когда давление в контролируемом газовом объеме V г достигает величины уставки регулятора давления 1 (2·10 6 Па), что фиксирует датчик давления 5, поступает команда на закрытие пускоотсечного клапана 3.
В результате разделителем 9 бака 7 и нормально закрытыми пускоотсечными клапанами 3 и 14 газовая и жидкостная части пневмогидравлической магистрали разделены на два герметически замкнутых объема Vг и Vж соответственно. Полагаем объем V г=10-2 м3, а Vж=2·10-1 м3.
Фиксируем для начального момента времени = н начальное давление (Р нг) датчиком давления 5 (соответствующее уставке регулятора давления 1 Рнг=2·10 6 Па) и начальную температуру (Тнг ) газа датчиком температуры 6 (положим Tнг =293 К) в газовой полости 8 топливного бака 7.
Фиксируем также для = н начальное давление (Р нж) датчиком давления 12 (положим Pнж =19,25·105 Па) и начальную температуру (Тнж) топлива датчиком температуры 11 (положим Тнж=293 К) в жидкостной полости 10 бака 7. Положим известной жесткость (J) разделителя бака J=0,75·10 5 Па. Как видно из результатов измерения в начальный момент времени перепад давления в баке Р=Рнг-Рнж=20,00·10 5-19,25·105=0,75·10 5 Па, что соответствует величине жесткости разделителя. Однако при всей полезности данной информации она может быть взята под сомнение, если абсолютная погрешность ( Р) окажется одного порядка с искомой величиной Р. Так, полагая абсолютные погрешности непосредственно измеряемых величин Рнг и Р нж, равными, соответственно Рнг=0,8·105 Па и Рнж=0,7·105 Па, определим среднеквадратичную погрешность измерения величины Р [3, с. 229]
( Р) [( Рнг)2+( Рнж)2] 1/2=[(0,8·105) 2+(0,7·105)2 ]1/2=1,06·105 Па,
т.е. величина погрешности ( Р) оказалась даже выше величины Р.
Таким образом, для приведенного примера выявить нарушения в разделителе с помощью контроля за перепадом давления в баке по результатам измерения датчиками давления 5 и 12 не представляется возможным.
Периодически и одновременно с интервалом , в зависимости от информативности информационно-телеметрической системы, для каждого момента времени = к= н+к· (к=0,1,2,...), измеряем давление ( Ркг) датчиком давления 5 и температуру (Ткг) датчиком температуры 6 в газовой полости 8 бака 7, а также температуру (Ткж ) датчиком температуры 11 в жидкостной полости 10 бака 7 и находим прогнозируемое по зависимости (1) в первом приближении равновесное давление Рк, корректируя его по (1) на каждом временном шаге. В выражении (1) принимаем коэффициенты b 1, b2, b3 для выбранной топливной композиции по данным [5, с.15-16] зависимости упругости пара от температуры, равными: b1 =56,6064; b2=-5405,09; b 3=-4,6977.
По измеренным значениям Ркг и вычисленным для тех же моментов времени значениям Рк строим кривые зависимости Ркг и Рк от времени, как показано на фиг.2, а диагностику проводим по результатам сравнения этих зависимостей между собой в каждый момент времени и судим о нарушении целостности разделителя бака при выполнении условия (14). Y определяем с учетом предельных абсолютных погрешностей измерения давлений (полагаем ( Ркг)=0,8·105 Па, Рнг=0,8·105 Па) и температур (полагаем Ткг=2 К, Тнг=2 К, Ткж=1,5 К) по выражению (2).
Предположим получили следующие результаты измерений контролируемых параметров ( Ркг, Ркж, Т кг, Ткж), а также прогнозируемого по зависимости (1) равновесного давления Рк, которые сведены в таблицу на фиг.3.
Например, для к=1, измерили Ркг=1,3·106 Па и Ткг и Ткж, равными 292 К и 294 К, соответственно. Коэффициент Генри будем принимать для температуры в первом приближении, равной средней арифметической Ткг и Ткж . Тогда коэффициент Генри с учетом [5, с.16] предположим принимает значение =21,1·10-7 кг/м 3·Па). Откуда по зависимости (1)
А=V г+ ·Vж·В·Т кг=10-2+21,1·10 -7·2·10-1·297·292=4,66·10 -2 м3 и
Рк=Рнг·V г·Ткг/Тнг /А+exp(b1+b2/Т кж+b3·lnTкж )=2·106·10-2 ·292/292/4,66·10-2+ехр(56,6064-5405,09/294-4,6977·ln294)=4,28·10 5+1,01·105=5,29·10 5 Па.
Определим по зависимости (2)
Y= ( Ркг)+ Рнг·Vг ·Ткг/Тнг/А+ Ткг·(Рнг ·Vнг/Тг/А-Р нг·Vг·Т кг· ·Vж·В/Т нг/А2)+ Тнг·Рнг ·Vг·Ткг /Тнг 2/А+ Ткж·exp(b1 +b2/Ткж+b 3·lnTкж)·(-b 2/Ткж 2+b 3/Ткж)=0,8·10 5+0,8·105·10 -2·292/293/4,66·10-2+2·(2·10 6·10-2/293/4,66·10 -2-2·106·10 -2·292 21,1·10-7·2·10 -1·297/293/(4,66·10-2) 2)+22·106·10 -2·292/2932/4,66·10 -2+1,5ехр(56,6064-5405,09/294-4,6977·ln294)(5405,09/294 2-4,6977/294)=1,08·105 Па.
Откуда mod( Рк- Ркг)=mod(5,3·10 5-1,3·106)=7,7·10 5 Па, что больше соответствующего Y=1,08·105 Па.
Продолжаем диагностику состояния разделителя для к=2, 3 и т.д. до получения верности условия mod( Рк- Ркг) Y. Как видно из результатов примера на фиг.3, для к=4 mod( Рк- Ркг)=mod(5,3·10 5-6,0·105)=0,7·10 5 Па, что меньше соответствующего Y=1,08·105 Па. Таким образом, условие (14), начиная с к=4, выполнено, т.е. система жидкость - газ в объеме Vг+Vж стремится к равновесному состоянию, а именно к ожидаемому равновесному давлению Рк согласно закону Генри, что позволяет утверждать о нарушении именно целостности разделителя бака.
По кинетике абсорбции, как это видно из фиг.2 и таблицы на фиг.3, возможны варианты различных скоростей падения давления Ркг( ), что позволяет судить о степени отклонения системы топливо - газ от равновесия, о влиянии физических свойств топлива и газа, о возможных способе и суммарной площади соприкосновения фаз, о скорости развития неисправности разделителя (быстрая или медленная неисправности).
Таким образом, предлагаемый способ диагноза состояния разделителя топливного бака вытеснительной системы подачи позволяет:
1) по динамике изменения давления в газовой полости бака диагностировать как быстро развивающуюся неисправность разделителя бака, так и медленно развивающуюся;
2) установить факт потери герметичности разделителя бака на более ранней стадии (до режима перелива топлива из бака) и таким образом предотвратить попадание газа наддува на входы в ДУ и нарушение их работы;
3) дать прогнозную оценку ожидаемого падения давления в топливном баке при нарушении именно целостности разделителя;
4) автоматизировать процесс диагноза состояния разделителя топливного бака с помощью системы управления, используя аналоговую информацию, поступающую с соответствующих датчиков давления и температуры.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пневмогидравлические системы двигательных установок с жидкостными ракетными двигателями. /Под ред. академика В.Н.Челомея. - М.: Машиностроение, 1978, 240 с.
2. В.А.Володин, Ю.Н.Ткаченко. Конструкция и проектирование ракетных двигателей. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1984. 272 с.
3. Отработка пневмогидросистем двигательных установок ракет-носителей и космических аппаратов с ЖРД. / Д.А.Полухин, В.М.Орещенко, В.А.Морозов. - М.: Машиностроение, 1987. - 248 с.
4. Б.М.Яворский и А.А.Детлаф. Справочник по физике. - изд. пятое, стереотипное. - М.: Наука, Гл. ред.физ.-мат. лит., 1971. - 940 с.
5. Гидродинамика двухфазных потоков в системах питания энергетических установок. / Э.В.Венгерский, В.А.Морозов, Г.Л.Усов. - М.: Машиностроение, 1982. - 128 с.
6. И.Н.Бронштейн, К.А.Семендяев. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. Издание тринадцатое, исправленное. М.: Наука, 1986, 544 с.
Класс B64G1/40 размещение и модификация двигательных систем
Класс F02K9/50 с использованием сжатой текучей среды для нагнетания топлива (вытеснительная система подачи)