Система испытаний герметичных отсеков.

Определение объема, программы и технологии испытаний герметичных отсеков является задачей, решаемой конкретно для данного отсека в соответствии с требованиями, назначением и условиями эксплуатации. Несмотря на значительное отличие испытаний различных герметичных отсеков, эти испытания составляют определенную систему, состоящую из отдельных этапов, которые выполняются по специальным программам.

Испытания баков классифицируются следующим образом:

1) Конструкторско-доводочные испытания (КДИ), целью которых является отработка конструкции бака, уточнение отдельных конструктивных решений, проверка функционирования элементов и соответствия конструкции основным предъявляемым требованиям. КДИ проводятся для небольшой партии (3-6) баков. Программа КДИ включает в себя испытания на прочность бака и отдельных элементов, на герметичность, циклические испытания на повторные нагрузки, виброиспытания, ударные испытания, испытания на функционирование отдельных элементов, определение фактического разрушения.

2) Чистовые доводочные испытания (ЧДИ), целью которых является окончательное уточнение всех конструктивных особенностей баков, проверка их технологичности и возможности экономичного изготовления, соответствия конструкции всем требованиям, определение ресурсов работы. ЧДИ обычно проводятся для небольшой партии баков, но большей чем КДИ (от 6 и более). Программа ЧДИ несколько шире КДИ и включает в себя определение массы и величины емкости бака, прочностные испытания бака и отдельных элементов, испытания на герметичность, циклические испытания повторным нагружением, виброиспытания и ударные испытания, испытания на функционирование (срабатывание) отдельных элементов, определение объема невырабатываемого остатка компонента, определение фактического давления разрушения бака (на части баков из партии). Часть баков подвергается коррозионным испытаниям в среде компонента по специальным программам для определения возможного срока хранения заправленного бака.

3) Испытания установочной партии (ИУП), целью которых является проверка отработанности и стабильности технологического процесса изготовления и сборки бака. ИУП проводятся при постановке в производство новых изделий для небольшой партии (3-5) баков, которые изготовляются по разработанной технологии. Программа ИУП включает в себя испытания на прочность и герметичность баков и отдельных элементов, виброиспытания и ударные испытания, испытания на функционирование, циклические испытания на повторную нагрузку, определение фактического давления разрушения. При положительных результатах ИУП дается разрешение на производство штатных образцов баков.

4 ) Приемо-сдаточные испытания (ПСИ) проводятся для всех изготовленных баков с целью проверки соответствия каждого бака требованиям конструкторской документации. Особенностью их является обеспечение минимального ущерба качеству и надежности баков от проводимых испытаний, например вместо обычной воды при испытаниях применяется дистилированная с антикоррозионными добавками, тщательно проводится контроль чистоты и целостности баков после испытаний, не допускается наличие паров газа, используемого при испытаниях. Программа ПСИ в наибольшей степени зависит от конструкции и требований к конкретным бакам и включает в себя следующие виды контроля и испытаний: геометрический контроль размеров бака, определение массы и объема бака, испытания на прочность и герметичность баков и отдельных элементов, определение объема невыработанного остатка компонента топлива в баке, проверка функционирования отдельных элементов бака, контроль чистоты внутренних полостей бака, контроль внешним осмотром целостности элементов, поверхностей и теплоизоляционных покрытий бака.

5) Контрольно-выборочные испытания (КВИ) проводятся с целью периодического контроля стабильности технологического процесса и качества баков. Обычно КВИ проводятся выборочно для небольшого числа баков от партии, количество их зависит от размеров и стоимости и может быть от одного бака до 10% от партии. На КВИ поступают баки, успешно прошедшие ПСИ. Программа КВИ включает в себя следующие виды испытаний: проверка функционирования отдельных элементов, испытания герметичности бака и отдельных элементов, циклические испытания, виброиспытания на прочность и определение разрушающих нагрузок. Таким образом, главное отличие КВИ от ПСИ заключается в испытании выбранных баков до разрушения.

Приведенные этапы испытаний составляют единую систему испытаний при постановке в производство новых изделий. Иногда некоторые этапы испытаний могут совмещаться (например, КДИ и ЧДИ) или вообще отсутствовать. Готовые баки и емкости, идущие на общую сборку летного изделия, подвергаются только приемным (ПСИ) и они входят во всех случаях в программу ПСИ.

 

23.Виды испытаний баков. Испытания баков на герметичность. Завершающие испытания и операции для баков.

В программы отдельных этапов системы испытаний входят различные виды испытаний баков, основными из которых являются испытания на прочность и герметичность.

Для проведения испытаний на прочность и герметичность необходима подготовка испытуемых баков. Они должны пройти геометрический контроль, не иметь лакокрасочных покрытий, загрязнений, влаги, механических повреждений, все трубопроводы и штуцера бака должны быть герметично заглушены, сами баки должны пройти промывку, обезжиривание, сушку по специальной технологии, особое внимание должно уделяться на удаление влаги и грязи из микронеплотностей.

Помещение цеха или участка испытаний должно быть чистым, светлым; состав воздуха должен соответствовать нормам, так же как и температура (около 25 град.С) и влажность (не более 80 %), должна быть принудительная приточно-вытяжная вентиляция, помещение не должно быть загазовано испытательными газами. Испытательные участки должны быть оборудованы защитными броневыми щитами, камерами, боксами и другими средствами безопасности. При проведении испытаний на прочность и герметичность должны неукоснительно соблюдаться все требования и правила техники безопасности и охраны труда.

Баки подвергаются следующим видам испытаний:

1) Испытания на прочность являются одним из основных видов испытаний баков. Испытания на прочность еще называют опрессовкой. Опрессовке подвергаются все баки и опрессовка входит во всех случаях в программу приемо-сдаточных испытаний. Испытания на прочность предшествуют испытаниям на герметичность и динамическим испытаниям. Испытания проводятся при давлениях на 15-25% выше рабочего. При необходимости испытательное давление может быть на 30-40% выше рабочего.

Испытания на прочность производятся жидкостью (водой) или газом. После предварительного внешнего осмотра на отсутствие повреждений испытуемый бак устанавливается на специальную подставку, позволяющую наблюдать за ним. Заполнение жидкостью производится до появления ее из штуцера для выпуска воздуха из бака, после чего штуцер заглушается, и начинают с помощью специального насоса создавать избыточное давление внутри бака. Вначале производится предварительная опрессовка под давлением 0,1-0,2 от испытательного давления в течение 2-3 минут для проверки плотностей соединений. В случае наличия утечек давление сбрасывается, дефекты устраняются и производится повторное испытание. В случае отсутствия утечек давление доводится до испытательного и производится выдержка под этим давлением в течение 10-15 минут, после чего давление стравливается (понижается) до рабочего, при котором производится осмотр бака.

Бак считается годным, если отсутствуют места истечения воды и изменение объема бака не больше допустимого. После сброса давления и слива воды производится сушка бака, например, сухим теплым воздухом.

Испытания на прочность баков газом (воздухом) производятся при тех же испытательных давлениях и условиях, что и при испытаниях жидкостью. Баки считаются годными, если отсутствует падение давления, контролируемое манометром.

2) Испытания на длительную прочность (длительная опрессовка) проводятся для некоторых ответственных баков, которые в процессе эксплуатации длительное время находятся под действием рабочего давления. Бак наполняется рабочей жидкостью или газом и выдерживается при рабочем давлении в течении времени, вдвое большего времени эксплуатации бака под рабочим давлением. Эти испытания позволяют выявить дефекты и даже разрушения от коррозии, от хрупкости и другие, которые при обычных испытаниях могут остаться незамеченными. В некоторых случаях часть баков при КДИ подвергается рабочему давлению весьма длительное время (или до разрушения, или в 5-10 раз превышающее эксплуатационное время).

3) Циклические испытания баков заключаются в повторном статическом нагружении баков от атмосферного до испытательного давления с числом циклов, в три раза превышающем ожидаемое число циклов нагружения в процессе эксплуатации. Циклические испытания могут быть как гидравлическими, так и пневматическими. Годность бака при циклических испытаниях определяется отсутствием течей и остаточных деформаций, поэтому они предшествуют испытаниям на герметичность.

4) Испытания на разрушение проводятся для ограниченного числа баков в период постановки их на производство и при контрольно-выборочных испытаниях (КВИ). Обычно они проводятся гидравлическим давлением. Режим постепенного, иногда ступенчатого, повышения давления зависит от конструкции и назначения бака. Испытания производятся в специальных бронекамерах для безопасности персонала испытаний, после проведения обычных ПСИ. При испытаниях бак вначале выдерживается при рабочем давлении, после чего проводится увеличение давления до разрушения. Целью этих испытаний является определение реального запаса прочности данной партии баков.

5) Вибрационные испытания баков являются обязательными на всех этапах испытаний кроме ПСИ. Целью виброиспытаний баков является проверка вибропрочности - сохранения работоспособности после воздействия заданных вибраций в течение определенного времени, и виброустойчивости - правильного функционирования отдельных устройств и элементов баков в условиях действующих вибраций. В процессе виброиспытаний проверяется крепление деталей, прочность, герметичность. Поэтому после виброиспытаний должны проводится испытания на прочность и герметичность. Вибрационные испытания производятся с заправленными емкостями и заглушенными штуцерами на вибростендах. Виброиспытания баков проводятся в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Годность бака определяется после испытаний на прочность и герметичность.

Предел частот колебаний и перегрузок при виброиспытаниях определяется из условий эксплуатации бака и составляет от 5 до 2500 Гц и перегрузки до 15-20 единиц. Чаще всего, частоту плавно изменяют во всем заданном пределе, а перегрузки изменяются дискретно, образуя ряд ступенек.

6) Ударные испытания баков (испытания на ударную прочность) являются одним из видов динамических испытаний и проводятся на некоторых этапах, кроме ПСИ, при отработке конструкции. Ударные испытания проводятся для проверки работоспособности бака и его элементов после воздействия на нее значительных пиковых перегрузок. Они проводятся или на специальных стендах, воссоздающих ударные нагрузки определенной перегрузки и времени воздействия, или сбросом бака, помещаемого в специальный контейнер, с заданной высоты на металлическую или иную поверхность, характеризующуюся заданными упругими характеристиками. Режим ударных испытаний устанавливает направления и количество ударов, величины перегрузок и время воздействия. Годность бака после ударных испытаний определяется целостностью емкости и ее элементов, а также сохранением ее работоспособности и герметичности.

Испытания на герметичность.

Испытания на герметичность относятся к основным видам испытаний баков, обеспечивающих надежность и качество их в эксплуатации, проводятся для всех без исключения баков, после всех испытаний баков на прочность и динамических испытаний.

Герметичностью называют свойство бака не пропускать рабочий компонент (жидкость или газ) через соединения или через поры основного материала. Хотя герметичность связана с отсутствием утечек реального рабочего компонента, называемого рабочей средой, испытания обычно проводятся с помощью контрольных веществ (жидкостей или газов), называемых контрольными (пробными или индикаторными) средами. Контрольная среда обладает, как правило, большей проникающей способностью и меньшей стоимостью. Кроме экономических преимуществ это обеспечивает более высокую надежность испытаний, безопасность при испытаниях и меньшее влияние (например, коррозионное) на испытуемое изделие, что особенно важно для штатных (применяемых в летных изделиях) баков.

Герметичность характеризуется количественным параметром, называемым степенью герметичности, под которой понимается объемное или массовое количество вытекающего через места утечки компонента в единицу времени при определенных условиях. Допускаемая степень герметичности задается конструктором исходя из условий правильного функционирования и эксплуатации бака. Т.е. абсолютной (идеальной) герметичности не существует, всегда есть некоторые утечки компонента из конструкции, а с помощью степени герметичности устанавливаются приемлемые для конструкции бака утечки компонента.

При контроле герметичности важнейшей характеристикой метода и аппаратуры (схемы испытаний) является чувствительность. Чувствительность схемы испытаний должна быть выше, чем заданная (контролируемая) степень герметичности емкости. Чувствительность определяется с помощью контрольной течи - установки, с помощью которой создается поток контрольной среды заданной величины. Степень герметичности, определяемая в результате испытаний, должна быть меньше, чем заданная - в этом случае бак удовлетворяет требованиям конструкторской документации (чертежи, технические условия (ТУ) и другие) и считается годным.

Все методы испытаний герметичности можно разделить на две группы:

1) определение суммарной негерметичности, которая определяет степень герметичности бака в целом, не определяя места возможных утечек,

2) определение локальной негерметичности, связанное с определением конкретных мест утечек контрольной (или индикаторной) среды.

В ТУ могут задаваться степень как суммарной, так и локальной негерметичности по отдельным местам бака (сварные швы, места разъемных соединений и другие).

Значительно более высокой чувствительностью обладают методы определения негерметичности с помощью специальных течеискателей и индикаторных газов, которые основаны на определении наличия и концентрации определенного индикаторного газа в заданном объеме. Наиболее распространенными типами течеискателей являются масс-спектрометрические с использованием в качестве индикаторного газа гелия (гелиево-воздушная или азотно-гелиевая смеси). Преимуществами гелия как индикаторного газа являются малое содержание его в атмосфере (5^.10^-4%), высокая проникающая способность, химическая инертность, безвредность и взрывобезопасность, невоспламеняемость. Гелиевые течеискатели состоят из трех основных узлов:

1) ионного источника, в котором молекулы газа, сталкиваясь с электронами, ионизируются в ионы с положительным зарядом е;

2) анализаторной камеры, в которой ионы ускоряются под действием электрического поля и приобретают скорость, зависящую от их массы m, и разделяются под действием магнитного поля на компоненты в зависимости от отношения m/е и скорости;

3) коллектора с регистрирующим устройством, определяющим интенсивность выделенного ионного пучка данного газа.

Кроме этих основных узлов течеискатели имеют выносные пульты управления (ВПУ) с приборами-указателями и рабочий щуп для забора смеси газов в контролируемой точке, откачные системы с вакуумными насосами и устройствами для создания контрольной течи для калибровки течеискателей (эталоны).

Существует много различных конструкций течеискателей масспектрометрического типа с высокой чувствительностью. В последнее время разрабатываются и используются конструкции течеискателей с автоматизированным процессом контроля, перестраивающиеся (с помощью кнопок) на различные индикаторные газы (аргон, водород, неон), малогабаритные, портативные течеискатели. Кроме течеискателей масс-спектрометрического типа известны течеискатели, построенные на других принципах.

Суммарная негерметичность емкостей - важнейшая оценочная характеристика конструкции бака.

Завершающие испытания и операции:

1) Измерение массы, которое производится взвешиванием на весах пустого бака. В системе испытаний может быть предусмотрено несколько взвешиваний на различных стадиях изготовления, сборки и испытаний баков. Требования по массе могут быть очень жесткими.

2) Определение объема бака может производится объемным или массовым методом. При объемном методе бак заливается дистиллированной водой из мерной емкости, с последующим определением количества залитой воды в литрах. Чаще применяется массовый метод, когда определяется масса пустого бака, масса залитого до полного объема дистиллированной водой бака.

3) Определение невыработанного остатка компонента топлива производится для баков, из которых при эксплуатации компонент подается под давлением через диафрагмы различной конструкции. Емкость располагается в определенном (имитирующем эксплуатационные условия) положении, заливается дистиллированной водой, а в полость наддува подается давление и производится слив воды (выработка) до полного прекращения слива. После сброса давления до атмосферного бак с невыработанным остатком взвешивается и по этой массе и массе сухого бака определяется невыработанный остаток. Этот показатель является одной из важных эксплуатационных характеристик баков КА.

4) Проверка чистоты полости баков производится в процессе различных испытаний и перед консервацией (закрывают заглушками все отверстия бака, чтобы внутрь не попадала пыль и грязь). Обычно такая проверка производится контрольным сливом технического спирта из проверяемого бака на чистую ткань, и визуальным контролем ткани на отсутствие различных механических включений, грязи и цветных пятен.

5) Сушка баков также производится многократно в процессе различных испытаний. В настоящее время существует много способов и методов сушки: термическая, радиационные с использованием инфракрасных лучей, горячим сухим воздухом под давлением. Одной из наиболее часто применяемых и надежных является термовакуумная сушка, производимая в специальной стационарной камере, имеющей вакуумную откачную насосную систему и кольцевые электронагреватели. В камере создается вакуум после помещения в нее испытуемого бака. Температура сушки порядка 100-110 град.С, время 8-12 ч. Преимуществами термовакуумной сушки является удаление влаги даже из микронеплотностей стенок емкости.

После окончания всех испытаний и контроля производится консервация бака по специальной инструкции, упаковка, опломбирование, составление паспортной документации, и бак подается на общую сборку РН или КА.

 

24.Изготовление и испытания жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

Жидкостной ракетный двигатель (ЖРД) – это ракетный двигатель, работающий на жидких компонентах ракетного топлива (горючем и окислителе). Горючее и окислитель смешиваются в ЖРД, воспламеняются и выбрасываются в виде раскаленных газов (пламени) из сопла. В результате возникает реактивная сила, действующая в противоположную сторону выброса раскаленных газов из ЖРД. Эта реактивная сила действует на ракета-носитель (РН) или космический аппарат (КА), приводя их в движение.

Изготовление ДУ производится на специализированных предприятиях, входящих в кооперацию по изготовлению РН или КА. Полностью готовая ДУ отправляется на головное предприятие кооперации, где ДУ в цехе окончательной сборки устанавливается на ступень РН или на КА.

По функциональному назначению ЖРД могут быть:

· стартовыми,

· маршевыми,

· рулевыми,

· тормозными,

· стабилизирующими,

· корректирующими,

· для маневрирования на орбите и другими.

ЖРД является одним из наиболее сложных и совершенных двигателей внутреннего сгорания.

Режим работы ЖРД чрезвычайно напряженный. Детали ЖРД работают при значительных давлениях, подвергаются действию вибрационных нагрузок, высоких температур, эрозионному действию горячих истекающих газов, аэродинамическому нагреву, работают в контакте с агрессивно-активными средами.

Главным требованием к ЖРД является снижение массы и габаритов при обеспечении максимальной надежности при удовлетворении требований, предъявляемых к двигателю. Одним из таких требований является ресурс двигателя – время его безотказной работы.

В настоящее время существует большое количество конструкций ЖРД, различающихся многими признаками.

С точки зрения компоновки различают:

1) однокамерные ЖРД – где одна камера сгорания и одно сопло,

2) многокамерные ЖРД – где несколько камер сгорания и столько же сопел, например, четырехкамерный ЖРД.

С точки зрения соединения ЖРД с корпусом РН или КА различают:

а) ЖРД рамной конструкции, где крепление двигателя с корпусом РН или КА производится с помощью специальной силовой рамы (фермы), это, как правило, большие по габаритам и мощные двигатели,

б) ЖРД без силовой рамы, это, как правило, небольшие по габаритам и мощности двигатели, крепящиеся к РН или КА с помощью небольших деталей.