Phương pháp xử lý kết quả đo đường đặc tuyến áp suất và lực đẩy của động cơ tên lửa nhiên liệu rắn

Xử lý kết quả đo đường đặc tuyến áp suất và lực đẩy trong thời gian làm việc là một khâu quan trọng trong việc thiết kế động cơ tên lửa nhiên liệu rắn. Bài báo trình bày phương pháp xử lý biểu đồ đo được trên cơ sở các điểm kỳ dị của nó. Phương pháp được sử dụng trong thực nghiệm động cơ cho kết quả tin cậy, góp phần hoàn thiện quá trình thiết kế động cơ tên lửa nhiên liệu rắn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phương pháp xử lý kết quả đo đường đặc tuyến áp suất và lực đẩy của động cơ tên lửa nhiên liệu rắn Tên lửa & Thiết bị bay PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KẾT QUẢ ĐO ĐƯỜNG ĐẶC TUYẾN ÁP SUẤT VÀ LỰC ĐẨY CỦA ĐỘNG CƠ TÊN LỬA NHIÊN LIỆU RẮN LÊ SONG TÙNG, DOÃN QUÝ HIẾU, HOÀNG THẾ DŨNG Tóm tắt: Xử lý kết quả đo đường đặc tuyến áp suất và lực đẩy trong thời gian làm việc là một khâu quan trọng trong việc thiết kế động cơ tên lửa nhiên liệu rắn. Bài báo trình bày phương pháp xử lý biểu đồ đo được trên cơ sở các điểm kỳ dị của nó. Phương pháp được sử dụng trong thực nghiệm động cơ cho kết quả tin cậy, góp phần hoàn thiện quá trình thiết kế động cơ tên lửa nhiên liệu rắn. Từ khóa: Kết quả đo, Áp suất, Lực đẩy, Tên lửa, Nhiên liệu rắn. 1. MỞ ĐẦU Quá trình làm việc của động cơ tên lửa nói chung và động cơ tên lửa nhiên liệu rắn nói riêng thường rất phức tạp. Các thông số làm việc của động cơ không có giá trị ổn định do phụ thuộc vào nhiều yếu tố: kết cấu, nhiệt độ, môi trường, điều kiện sử dụng... Các kết quả tính toán trong giai đoạn thiết kế chỉ mang tính định hướng và chỉ được xác định chính xác bằng thử nghiệm đốt động cơ trên giá đo. Sau khi tiến hành thử nghiệm động cơ trên giá thử, kết quả đo phải được xử lý để xác định được giai đoạn động cơ làm việc ổn định và tìm giá trị trung bình của áp suất và lực đẩy động cơ. Việc xử lý kết quả đo là rất quan trọng đối với người làm động cơ nhưng ít được công bố trong các tài liệu trong và ngoài nước. Hiện nay có một số phương pháp xử lý kết quả đo như: sử dụng máy đo, xử lý bằng hình ảnh. Tuy nhiên các phương pháp này gặp khó khăn trong việc xử lý pic mồi, dẫn đến kết quả thu được chưa phù hợp cho việc thiết kế, hoàn thiện động cơ. Bài báo đưa ra một phương pháp tổng quát để xử lý các đồ thị đo áp suất và lực đẩy. Phương pháp xử lý đơn giản, hiệu quả, khắc phục được sai số tính toán do pic mồi cũng như kết cấu động cơ. Kết quả đo có thể được xử lý một cách nhanh chóng và đặc biệt có thể xử lý với một đồ thị đo bất kỳ trong các tài liệu khi không có bảng số liệu đo. Hiện nay phương pháp này đã được sử dụng trong quá trình nghiên cứu thiết kế động cơ tên lửa nhiên liệu rắn tại Viện Tên lửa. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Khi thử nghiệm động cơ, kết quả đo đường đặc tuyến áp suất và lực đẩy thường có những sai lệch nhất định giữa các phát bắn. Nguyên nhân do sai số của thiết bị đo, kết cấu động cơ, ảnh hưởng của môi trường và nhiều yếu tố ngẫu nhiên khác. Do vậy, việc xử lý kết quả đo cần tiến hành theo các bước nghiêm túc để xác định các thông số làm việc của động cơ. Nhiệm vụ quan trọng của việc xử lý biểu đồ đo là xác định giá trị trung bình của các thông số áp suất, lực đẩy trong quá trình làm việc của động cơ. 2.1. Các giai đoạn làm việc của động cơ tên lửa nhiên liệu rắn Hình 1 biểu diễn đường cong áp suất đặc trưng cho quá trình làm việc của động cơ trong buồng đốt, được chia thành các giai đoạn cơ bản sau [2]: Giai đoạn I (khởi động): là giai đoạn mồi cháy có áp suất pmoi. Điều kiện cần là liều mồi phải đảm bảo mồi cháy ổn định cho liều nhiên liệu chính. Thời gian diễn ra giai đoạn này là t1 - t0. Giai đoạn II (giai đoạn tăng áp suất): là giai đoạn cháy đồng thời liều mồi và thành phần nhiên liệu chính. Đặc trưng của giai đoạn là áp suất tăng nhanh từ áp suất mồi pmoi tới pmax. Thời gian diễn ra giai đoạn này là t2 – t1. Áp suất của động cơ là tổng của áp suất mồi pm (t ) và áp suất thuốc phóng ptp (t ) : p (t )  ptp (t )  pm (t ). (1) 26 L. S. Tùng, D.Q.Hiếu, H.T.Dũng “Phương pháp xử lý kết quả đo… tên lửa nhiên liệu rắn.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Việc lựa chọn khối lượng mồi, ảnh hưởng nhiều đến pic mồi và áp suất pmax trong đồ thị đo áp suất và lực đẩy. Tuy nhiên, mục đích cần xác định áp suất do thuốc phóng sinh ra, do đó khi xử lý đồ thị đo cần có phương pháp loại bỏ phần pic mồi. Hình 1. Đồ thị áp suất và lực đẩy trong buồng đốt động cơ theo thời gian. Giai đoạn III (giai đoạn cháy ổn định): đặc trưng cho quá trình cháy ổn định với thời gian t3 – t2 (hình 1). Áp suất, lực đẩy trong giai đoạn này chính là các thông số làm việc của động cơ với tổng xung (công của động cơ) lớn nhất. Giai đoạn IV (kết thúc): là giai đoạn phụt khí tự do, bắt đầu xảy ra khi liều nhiên liệu sắp tắt và phần khí còn lại trong buồng đốt phụt ra ngoài. Giai đoạn này cũng không ảnh hưởng nhiều đến quá trình làm việc của động cơ. Thời gian diễn ra giai đoạn này ngắn và được ký hiệu là t4 – t3. Tổng thời gian hoạt động chủ yếu của động cơ được tính theo công thức [1]: tdc  t3  t0 . (2) 2.2. Tính toán các thông số theo biểu đồ đo áp suất Quá trình xử lý đồ thị áp suất phải tính các thông số sau: a) Xác định giá trị áp suất lớn nhất pmax để tính bền cho kết cấu; b) Thời gian hoạt động của động cơ tdc ; c) Xung áp suất và giá trị áp suất trung bình ptb của động cơ; d) Tổ hợp lưu lượng trung bình  tb [1]; e) Vận tốc cháy trung bình của thuốc phóng và lưu lượng phụt khí trung bình của động cơ [1]. Áp suất làm việc trong buồng đốt của động cơ, được lấy theo công thức [1]: p(t) = pđ(t) + pn , (3) trong đó: pđ(t) – áp suất trong buồng đốt động cơ đo được khi thử nghiệm; pn – áp suất môi trường. Xung áp suất I ( p ) của động cơ được xác định bởi biểu thức: tdc (p ) I   p(t )dt , (4) t0 trong đó: t0 - thời điểm bắt đầu tính, tdc - thời gian hoạt động của động cơ; Giá trị áp suất trung bình trong buồng đốt được tính theo biểu thức: tdc ...