Количественное определение массового расхода веществ, находящихся в составе топлива и материалах конструкции ракетных двигателей, способом спектральной диагностики при огневых испытаниях

Описана аппаратура и метод оптического спектрального эмиссионного анализа факела ракетного двигателя при огневых испытаниях. Данный метод как способ технической диагностики и контроля технического состояния двигателя позволяет в реальном масштабе времени контролировать унос веществ, содержащихся в топливе и конструкционных материалах ракетного двигателя, в процессе огневых испытаний с точностью несколько миллиграмм в секунду. Приведены схема и описание используемой спектральной аппаратуры. Предложена методика количественного измерения содержания различных химических элементов в факеле двигателя, которая также позволяет по соотношению различных элементов определять материалы и детали двигателя, подвергающиеся разрушению и деградации. Приведен пример применения этой методики при огневых испытаниях ракетного двигателя II и III ступеней ракетоносителя "Протон". Выполнена оценка обнаружительной способности используемой спектральной аппаратуры для данной методики.

Литература

[1] NASA Stennis Space Сenter test technologies branch activites. Wanda M. Solano. Stennis Space Center: 3rd International Hydrogen Peroxide Propulsion Conference. 13-15 November 2000.

[2] Optical studies of combustion chamber flame in a hybrid rocket motor / Andrew B. Wright, Jason E. Elsasser, M. Keith Hudson, Ann M. Wright. University of Arkansas at Little Rock (UALR) // Journal of Pyrotechnics. 2005. Iss. 21.

[3] UV, visible and infrared spectral emissions in hybrid rocket plumes / M. Keith Hudson, Robert B. Shanks, Dallas H. Snider, Diana M. Lindquist, Chris Luchini, Sterling Rooke. University of Arkansas at Little Rock (UALR) // International Journal of Turbo and Jet Engines. March 1998. Vol. 15. Iss. 1.

[4] Гафуров Р.А., Соловьев В.В. Диагностика внутрикамерных процессов в энергетических установках. М.: Машиностроение, 1991. 272 с.

[5] Emission spectra of selected SSME elements and materials. Gopal D. Tejwani, David B. Van Dyke, Felix E. Bircher, Donald G. Gardner. Stennis Space Center: NASA Reference publication (NASA-RP-198), Materials report, FY 1991 - FY 1992.

[6] Спектрофотометрический метод диагностики жидкостных ракетных двигателей / Ю.М. Головин, Ф.С. Завелевич, А.П. Кучин, Ю.П. Мацицкий, К.Б. Мошкин, А.С. Романовский // Инженерно-физический журнал. Белоруссия, 2002.

[7] Tejwani G.D. Shuttle main engine health monitoring with exhaust plume emission spectroscopy // J. Spac. Rock. 1998. No. 3.

[8] Whitaker K.W. Analyzing rocket plume spectral data with neural networks for condition monitoring. The University of Alabama: RTO AVT Course on "Intelligent Systems for Aeronautics" in Rhode-Saint-Genese, Belgium. 13-17 May 2002.

[9] Madzsar G.C. Determination of alloy content from plume spectral measurements. Lewis Research Center: 27th Joint Propulsion Conference cosponsored by AIAA, SAE, ASME, and ASEE, Sacramento, California. 24-27 June 1991.

[10] Завелевич Ф.С., Головин Ю.М., Мацицкий Ю.П., Мошкин К.Б. Спектрофотометрический метод количественной оценки уноса материалов ЖРД: 19 всероссийская научно-техническая конференция "Высокоскоростная фотография и фотоника". М., 2001.

[11] Программа расчета термодинамических функций и свойств реагирующей смеси в состоянии равновесия // Отчет по теме: Исследование высокотемпературных процессов в двигателях и энергоустановках. Казань: КАИ, 1977.

[12] Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014615940. Программа расчета взаимодействия выхлопных струй двигательных установок (ДУ), работающих на различных ракетных топливах, с атмосферой (STR-ECO) / Ф.С. Завелевич, Н.Н. Ушаков. Заявка № 2014612996, дата поступления - 07.04.2014, дата гос. регистрации - 06.06.2014.