Рано или поздно встает вопрос насколько
характеристики твоих движков соответствуют расчетным. Многие характеристики замерить
в кустарных условиях проблематично, но вот одну из самых важных оказывается несложно и даже с
довольно приличной точностью. Речь идет, конечно, о тяге, точнее о зависимости тяги от
времени. Имея такую функцию легко получить значение максимальной и средней тяги, полного
и удельного импульса. Этого достаточно для предметного разговора о качестве мотора и для оценки
некоторых основных параметров полета. Специально для этих целей я даже сделал программу
ALTIMMEX. Она обсчитывает результаты
стендовых испытаний и выдает все основные параметры двигателя. На базе тех же результатов,
ALTIMMEX может подсчитать такие летные параметры, как максимальное ускорение, максимальную скорость и
высоту полета, может соптимизировать массу ракеты. Кроме того, программа позволяет оценить необходимую
длину направляющей пусковой установки, что невозможно сделать, не имея графика тяги двигателя.
Но вернемся к стенду. В качестве прототипа была взята конструкция Serge_77. Идея, в общем-то, на поверхности - использовать в качестве датчика обыкновенные механические весы. А вот реализация возможна различная. К моменту, когда у меня дошли руки до изготовления тягоизмерительного стенда, в эксплуатацию уже запущено три серии движков и на подходе четвертая. Поэтому при проектировании стенда упор был сделан на некоторое увеличение универсальности его использования, ну, и удобства тоже.
Приведенная конструкция это, очевидно, вариация на тему,
но если бы не было заметных отличий, как в реализации, так и свойствах, не было бы
особого смысла в данной статье. Есть свои плюсы и минусы, по крайней мере, у заинтересованного
ракетчика появляется выбор с учетом собственных приоритетов.
/19.01.2008, автор Козлов И., kia-soft/
Материалы
Конструкция стенда несложная, но название "простой" -
это некоторое преувеличение. Не имея цифровой кинокамеры или цифрового фотоаппарата с возможностью съемки
роликов, делать его бесполезно. Только покадровый анализ заснятых на камеру показаний весов
позволяет построить нужную нам зависимость. В наше время, правда, трудно представить себе
опытного, да и не очень, ракетчика без цифровика.
Кроме камеры потребуются:
— простые хозяйственные механические весы с удобной для съемки шкалой - 400-800р.;
— стойка от подставки для дрели или что-то в этом роде, например, от старого фотоувеличителя;
— отрезок водопроводной трубы подходящего диаметра (я брал 2-х дюймовую), длиной 100-120 мм;
— отрезок дюралевой трубы с внутренним диаметром 50 мм и длиной 120-150 мм;
— стальные перфорированные пластинки длиной ~150 мм, шириной ~15 мм, толщиной ~1мм - 4шт.
— и, наконец, приличная кучка винтов, болтов, гаек с 4-6 миллиметровой резьбой, шайб к ним. Разберемся по ходу.
Изготовление
Собственно, конструкция стенда достаточно очевидна из фоток,
так что размазывать кашу по стенкам не буду. Внесу только некоторые уточнения.
Весы взял 5-ти килограммовые недорогие фирмы Elenberg. Дно у них - тончайшая жестянка. Для фиксации весов к опорной поверхности стойки пришлось прикрепить к днищу весов с помощью винтов М4 стальную пластину толщиной 2.5 мм, и уже за нее цеплять притягивающий винт. Винт не должен уходить далеко внутрь корпуса весов, поскольку он может ограничить движение подвижного элемента весов и, значит, диапазон измерений.
Эленберговские весы, в отличие от отечественных, имеют значительно более
легкую рабочую часть. Диапазона установки нуля хватает с запасом.
Испытуемый двигатель устанавливается вертикально в легкий дюралевый стакан,
который с помощью рычагов крепится к опорной муфте из водопроводной трубы.
Такая подвеска позволяет сохранять вертикальную ориентацию при работе движка.
Вся рычажная подвеска сделана съемной для удобства эксплуатации и настроек. Опорная муфта
фиксируется от вертикального и горизонтального смещения винтом М6. Для фиксации
нужного вертикального положения при установке использована родная муфта от стойки для дрели.
Она не обязательна, но очень облегчает установку.
Расстояние между верхними и нижними рычагами 105 мм.
Плечо нагрузки 1/2, что соответствует максимально замеряемой тяге в 10 кг.
При небольшой доработке этот диапазон можно расширить, поменяв плечо. Ход
рычагов на осях должен быть максимально легким, поэтому посадка сделана с небольшим люфтом.
Оси могут быть сделаны из винтов М5, но лучше из болтов М6.
Необходимые зазоры между шайбами и рычагами фиксируюся парными гайками.
Усилие на весы передаются двумя свободно вращающимися на оси нижних рычагов
роликами из твердой резины.
Мотор в стакане фиксируется двумя кольцами из пористой резины. Это позволяет быстро
снимать и устанавливать движок. Снизу он упирается через круглую прокладку из жесткой 10-ти мм резины в
ось из болта М6, проходящую стакан насквозь, и, таким образом, выполняющую роль дна стакана.
Прокладка ставится в стакан жестко внатяг для защиты весов от нештатных режимов. Для надежности
можно сделать дно стакана более солидным, но это уже на ваше усмотрение и фантазию.
Тарировка
Для тарировки стенда, то бишь для статической проверки, вместо
движка устанавливал трубу с верхней площадкой. На этот импровизированный столик
грузил всяко-разно железо, предварительно взвешенное на электронных весах с точностью 1 г.
Очень удобны в качестве гирек блины от разборных гантелей. Показания снимал в
двух направлениях, т.е. при погрузке и при разгрузке разновесок. Среднее
значение с приличной точностью совпало с зависимостью у="х/2" заданной соотношением плеч.
Среднеквадратичная ошибка не превысила 3%.
Запуск
Ждать каких-то неожиданностей от такой несложной конструкции не приходится.
Первый же эксплуатационный запуск это подтвердил. Испытанию подвергся новый движок РДК-4, (см.
видео).
Полностью результаты его выложены в статье
По результатам запуска в эксплуатацию можно отметить несколько положительных моментов. Из-за вертикального расположения движка установка стенда не представляет никакой сложности. Достаточно поставить конструкцию на ровную поверхность и слегка зафиксировать любым способом от случайного падения. Теоретически и этого можно не делать, но лучше подстраховаться от неожиданностей и нештатных режимов. Установка мотора, тоже делается элементарно и занимает несколько секунд. Показания снимаются достаточно плавно, без сильных биений стрелки весов. Полученные данные вполне адекватны. По-крайней мере, расхождение с расчетом такой интегральной характеристики, как суммарный импульс, составило всего 1.2%. Это не совсем корректно оценивать качество эксперимента расчетом, но, поскольку программа SRM, по которой расчет проводился, хорошо себя зарекомендовала, то можно говорить о том, что стенд дает реальную картину работы тестируемого ракетного движка.
Что касается универсальности, то, во-первых, вместо указанных весов могут быть элементарно и быстро установлены любые аналогичной конструкции. Габариты этих весов ограничиваются только высотой стойки. Подстройка под размер весов делается еще проще - передвижением плечевого блока по направляющей. Во-вторых, размер испытуемых движков ограничен только диаметром дюралевого стакана. И, в-третьих, предел измеряемых значений может быть установлен в достаточно широком диапазоне за счет изменения плеча рычагов. Естественно здесь есть ограничения, но, все же, это не отдельный стенд для отдельного двигателя.
P.S.
Кто не знаком с методикой обработки данных,
полученных на стенде, может посмотреть в статье
"Обработка данных тягоизмерительного стенда".
/19.01.2009 kia-soft/