Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор методов диагностики ЖРД 6
1.1. Контактные методы 6
1.2. Бесконтактные методы 7
2. Измерительная аппаратура 10
2.1. Состав аппаратуры 10
2.2. Калибровка и юстировка приборов для проведения испытаний 14
2.3. Влияние акустических воздействий на вид спектров 26
2.4. Обработка спектров 28
2.5. Определение погрешности измерения 32
Выводы к разделу 2 33
3. Результаты экспериментальных исследований 34
3.1. Эксперименты на кислород - водородной установке 34
3.2. Эксперименты на стендах КБХА 43
3.3. Дефектация двигателей РН «Протон» 64
3.4. Сопоставление измеренных спектров с режимами работы двигателя 67
Выводы к разделу 3 69
4. Расчетная модель излучения в спектральных линиях и ее применение к анализу экспериментальных данных 70
4.1. Расчет излучения неизотермической струи с переменной концентрацией атомов вдоль луча наблюдения 70
4.2. Определение температуры, давления и распределения по радиусу концентрации частиц в струе 77
4.3. Сопоставление экспериментальных данных с расчетной моделью 82
4.4. Определение массового расхода конструкции по спектру факела 85
4.5. Влияние неточности в задании.начальных значений на погрешность определения концентрации 90
Выводы к разделу 4 95
Заключение 96
Список литературы 97
- Калибровка и юстировка приборов для проведения испытаний
- Сопоставление измеренных спектров с режимами работы двигателя
- Расчет излучения неизотермической струи с переменной концентрацией атомов вдоль луча наблюдения
- Влияние неточности в задании.начальных значений на погрешность определения концентрации
Введение к работе
Актуальность работы.
Для обеспечения безопасного вывода грузов и экипажей на околоземную орбиту и решения других задач, связанных с применением ракетной техники, ракетные двигатели (РД) должны обладать максимальной отказоустойчивостью в работе. При проведении наземных испытаний двигателей системы стенда и двигателя должны предотвращать аварийные ситуации. Диагностика РД является важной задачей в обеспечении безопасности полетов и испытаний и подразумевает целый комплекс мероприятий, как на этапе конструкторской проработки изделий, так и на этапах стендовых и летных испытаний. Применяя методы диагностики в задаче аварийной защиты двигателей возможно выявление и предупреждение различных неисправностей в узлах и агрегатах двигателей, которые могут привести к нарушению работоспособности или полному отказу двигателя.
Необходимость раннего обнаружения неисправности в двигателе обуславливается тем, что своевременное предупреждение развития аварийных ситуаций позволяет сохранить не только сам двигатель, но и предотвратить разрушения стендовых сооружений, пусковых установок или носителя в целом.
Системы аварийной защиты и диагностики появились задолго до начала пилотируемых полетов. С началом конструирования, производства и использования носителей тяжелого класса, таких как 8К71 и "Атлас" системы диагностики начали использоваться на всех двигателях. В системах аварийной защиты двигателей МТКС "Спейс-Шаттл" и МКС "Энергия-Буран" предусмотрены системы, отключающие аварийные двигатели или изменяющие режимы их работы до начала разрушения.
В настоящее время накоплен большой статистический материал по системам диагностики двигателя [1; 2; 3]. Особое внимание при создании этих систем было обращено на перечень контролируемых параметров двигателя и времена срабатывания системы аварийной защиты.
К наиболее часто используемым параметрам при создании систем диагностики и аварийной защиты следует отнести следующие:
- давление в камере сгорания (КС),
- пульсации давления в КС,
- обороты ротора турбонасосного агрегата (ТНА),
- температура газа после (до) турбины,
- давление за насосом окислителя и горючего,
- давление газа за турбиной ТНА,
- перемещение осевого вала ТНА,
- параметры электро-гидро пневматики.
Количество контролируемых параметров у различных двигателей различно. Обычно для системы аварийной защиты используются от 3х до 5й параметров. В некоторых двигателях, которые применяются для больших носителей или для пилотируемых аппаратов, число диагностируемых параметров может быть увеличено до 7, как для SSME, или даже до 9 - для РД 11Д122. Для создания более надежных систем защиты некоторые разработчики в список контролируемых параметров включают измерения пульсации давления в газогенераторе, температуру поверхности сопла, давление и обороты в бустерных насосах по линии окислителя и т.д.
Большинство параметров системы защиты двигателей диагностируются с помощью измерения основных параметров работы двигателя датчиками, установленными непосредственно в двигателе, что достигается путем внесения доработок в конструкцию двигателя и может усложнять проведение испытаний. Время срабатьгеания датчиков определяется инерционностью системы. Оптический метод диагностики позволяет получать информацию о состоянии двигателя, проводя дистанционное измерение излучения факела двигателя. Метод диагностики ЖРД по спектру излучения факела имеет очевидное преимущество перед традиционными:
• этот метод не требует никаких доработок двигательной установки;
• ввиду малой инерционности он позволяет получать информацию в реальном масштабе времени и, в случае необходимости, выдавать сигнал предупреждения;
• этот метод позволяет судить по спектральным линиям излучения металлов об эрозии деталей и узлов ЖРД, которая не может быть определена другими методами.
Требования к времени срабатывания системы защиты определяется скоростью развития аварийной ситуации, что в свою очередь определяет время диагностики параметра.
Ограничения, накладываемые на времена срабатывания средств аварийной защиты, требуют поиска новых мероприятий по предотвращению возникновения аварийных ситуаций в ракетных двигателях. Одним из наиболее эффективных способов является поиск методов и средств ранней диагностики разрушения и износа узлов и агрегатов ракетных двигателей.
Применяя оптическую диагностику двигателя по спектру излучения факела можно определять концентрацию атомов тех или иных металлов, входящих в конструкционные материалы и, измеряя скорость уноса конструкции, определять в реальном времени ресурс двигателя и заблаговременно предотвращать аварийные ситуации.
Цель работы.
Адаптация аппаратуры для проведения натурных испытаний и создание расчетной модели для определения массового расхода конструкционных материалов двигателя по спектральным линиям металлов излучаемых факелом ЖРД.
Для достижения цели должны быть решены задачи:
• Разработка и адаптация аппаратных средств измерения спектров для проведения натурных испытаний;
• Разработка программных средств обработки результатов измерения;
• Создание расчетной модели излучения в спектральных линиях и методики сопоставления расчетной модели и измерений;
Научная новизна.
1. Впервые в России при огневых испытаниях натурных ЖРД на различных топливах тягой от 10 до 60 тн получены спектры излучения с частотой от 3 до 30 Гц с разрешением 0.2 нм в ультрафиолетовой и видимой областях спектра, и получены данные о присутствии в факеле металлов.
2. На основе разработанной методики сопоставления экспериментальных и расчетных данных по излучению в спектральных линиях впервые получены количественные оценки нижней границы скорости уноса конструкционных материалов в процессе испытаний натурных ЖРД.
Практическая значимость.
Результаты работы используются при проведении отработочных испытаний, контрольно-выборочных (КВИ) и специальных проверочных испытаний (СПИ) ЖРД на стендах КБХА. По результатам спектрального анализа факелов двигателей 8Д49 и 8Д411 выявлено влияние вброса порошков конструкционных материалов в тракты двигателей на их работоспособность в рамках программы установления причин аварии РН «Протон» в 1999 году. На защиту соискателем выносятся:
адаптация аппаратуры для проведения стендовых испытаний;
- программные средства обработки результатов измерений;
- расчетная модель излучения атомов в факеле двигателя;
- методика определения количественного уноса материалов ракетного двигателя во времени.
Основные результаты были доложены на конференциях:
- Fourth International Symposium on Liquid Space Propulsion: Scientific Progress in the Service of Space Access at the Beginning of the Third Millennium, DLR-Lampoldshausen, Germany, March 13-15,2000;
19 всероссийская научно-техническая конференции «Высокоскоростная фотография и фотоника». Москва, 2001;
- Международная научно-техническая конференция «Проблемы и перспективы развития двигателестроения», Самара, 2003;
- Вторая международная научная конференция «Ракетно-космическая техника: фундаментальные и прикладные проблемы», Москва 2003;
и опубликованы в [4; 5; 6; 7].
Калибровка и юстировка приборов для проведения испытаний
Важной характеристикой спектрального прибора является величина, вызывающая увеличение сигнала на выходе АЦП на величину шума (порог чувствительности). В используемом комплекте аппаратуры шум определялся одним битом АЦП. При Я. = 550 нм (максимальное значение чувствительности K(Xmax)) NEP, приходящаяся на один пиксель вызывающая увеличение сигнала на выходе АЦП на 1, составляет 2-Ю"13 [Вт] в случае, если время накопления 1 с. При изменении частоты опроса линейки NEP прямо пропорциональна частоте, так как при изменении экспозиции шум остается равным 1 биту АЦП. Эта величина WNEP = 2-Ю"13 [Дж] - абсолютная чувствительность данного комплекта монохроматор — линейка.
ПЗС линейка Sony состоит из 2080 элементов. Каждый элемент имеет форму прямоугольника со сторонами 200 х 14 мкм. Длина светочувствительной части линейки составляет 2080-0.014=29.12 мм. В комплекте с монохроматором МДР-12 линейка перекрывает спектральный диапазон шириной 69.9 нм.
Ввиду высокой чувствительности линейки Sony для измерения спектральной чувствительности системы применялась иная методика, исключающая влияние вторых и более высоких порядков. Измерения проводились с использованием светофильтров - цветных стекол марок: СЗС25 (толщина 2.9 мм), КС10 (толщина 3.2 мм) и УФС2 (толщина 3.05 мм). Спектральные характеристики стекол приведены на (рис. 6), где показана зависимость пропускания от длины волны при различных значениях толщины [мм], отмеченной на графике цифрами. Данные взяты из [26].
Спектральная чувствительность вычислялась по тем же соотношениям, что для ПЗС линейки Toshiba.
В качестве источника использовалась ленточная лампа с лентой размером 1x10 мм, любезно предоставленная Ю. М. Лотошниковым (НПО «Орион»), у которой при токе 4.348 А и напряжении 6.602 В истинная температура составляет 3220 К . Предварительные измерения показали, что у кривой чувствительности наблюдалось большое количество максимумов из-за интерференции в просветляющем покрытии линейки. В дальнейшем измерения проводилось при 33 длинах волн, соответствующих экстремумам. Чтобы перекрыть существующий динамический диапазон чувствительности линейки, экспозиция изменялась в 24 раза, и измерения проводились с двумя разными величинами ширины входной щели отличающимися в 35 раз.
Каждое измерение (конкретная ширина щели, время экспозиции линейки, выбранное стекло и длина волны) записывалось в три строчки таблицы. В первую (марка светофильтра) заносилось коэффициент пропускания для стекла при выбранной длине волны (из графиков рис. 6), во вторую (JH) заносилось значение выходного сигнала с АЦП, в третью (JH абс) значение выходного сигнала деленное на коэффициент пропускания светофильтром, ширину щели и время экспозиции. Коэффициенты, пропорциональные ширине щели и экспозиции, заносились в первую колонку в таблице. Предварительно было установлено, что сигнал прямо пропорционален величине произведения этих коэффициентов.
В идеальном случае величины при измерении на одной длине волны, но с разными светофильтрами, величинами ширины щели и временами экспозиции должны совпадать друг с другом, но реально имеются расхождения. Данные таблицы позволяют оценить погрешность измерений. Среднее значение погрешности 8СП составляет 2.8%. Наибольшие погрешности возникали при измерениях на одной длине волны с разными светофильтрами, а наименьшие при измерении с разными экспозициями и величинами ширины щели. Это вызвано тем, что погрешность определения коэффициента пропускания стекол по графикам была больше, чем погрешность определения времени накопления линейки и ширины щели. Рассчитанные значения сигнала с выхода АЦП для одних и тех же длин волн, но разных условий измерения сведены в таблицу 4 с указанием погрешности.
Сопоставление измеренных спектров с режимами работы двигателя
Для численного решения интеграла (21) производилось разбиение излучающей толщи вдоль линии наблюдения на интервалы таким образом, чтобы в пределах каждого интервала концентрация атомов менялась не более чем на 10%, а температура не более чем на 5% (эти параметры для каждого расчета возможно изменять). Каждый такой слой считается изотермичным с постоянной концентрацией атомов и постоянным давлением. Следовательно, в пределах интервала разбиения величина К остается постоянной. Это позволяет записать излучение /-го интервала в виде:
Для расчёта монохроматического излучения всей толщи суммируется излучение от каждого слоя, умноженное на поглощение последующими слоями: S; - длина і- того интервала, п- число интервалов, Kj-значение К на і-ом интервале разбиения для рассчитываемой длины волны А.. . Разбиения по длинам волн необходимо сделать такое, чтобы рассчитывать К в центре линии с шагом не более 1/10 ширины линии и, чтобы К рассчитывать на расстоянии до 10 значений ширины линии. Для ускорения расчета точки по оси длин волн ставятся неравномерно: расстояние от центра линии для каждой последующей точки равно /МО"6 [нм], где / — номер точки от центра линии. Экспериментально подобрано оптимальное число точек — 70. При этом контур линий рассчитывается достаточно точно при минимальном количестве точек разбиения. где суммирование ведется по всем линиям, J\ — интегральная интенсивность в линии, f — функция формы контура линии. Так как интенсивность К в линии в крыльях спадает очень быстро, то для Aj-Ai 1 нм значение функции контура линии можно брать равным нулю. Это проверено численным расчетом. Результат сравнения спектров рассчитанных для случая струи с концентрацией атомов соответствующей вбросу стали с учетом бесконечных крыльев и с ограничением по расчету крыльев Aj-А; 1 НМ приведен на рис. 73, где по оси абсцисс отложена длина волны, а по оси ординат погрешность при расчете крыльев линий, не превышающих 1 нм.
В областях спектра, где присутствуют сильные линии, погрешность минимальна, так как вклад крыльев далеких линий незначителен. В тех областях, где сильные линии отсутствуют, и, излучение формируется в основном за счет крыльев линий, погрешность за счет пренебрежения далекими линиями наибольшая. В таких областях (394 — 396 нм, 398 — 400 нм) абсолютное значение излучения намного меньше, чем в области с сильными линиями. Здесь максимальной погрешностью 7% можно пренебречь, что дает увеличение скорости расчетов в 75 раз.
Для расчета необходимо расчитать: для каждого разбиения контур линии, объемную плотность интегральной мощности. Контур линии (ширина линии) зависит от параметров газа в конкретной области: температуры Т и давления Р. Объемная плотность интегральной мощности зависит от температуры Т и объемной концентрации атомов N. Для решения уравнения переноса проведен анализ вопросов связанных с контурам и значениями ширины линий, профилем температуры, давления и распределением атомов в струе.
Аппроксимация фойгтовского контура. Совместный учет доплеровского и естественного уширений При исследовании излучения газовых объемов необходимо учитывать как лоренцевский, так и доплеровский механизмам уширения. Достаточно хорошим приближением к контуру спектральных линий в этих условиях является профиль Фойгта. Коэффициент поглощения для линии с фойгтовским контуром имеет вид (25) [34]. где S — сила линии; х = (v-vo) (1п2)1/2/уо; а = уь(1п2)1/2/уо; vo— частота центра линии; у — полуширина контура, определяемая как расстояние от центра линии до частоты v, при которой происходит падение коэффициента поглощения в два раза (индексы и, D, L относятся соответственно к фойгтовскому, доплеровскому и лоренцевскому контурам). Свойства функции (25) и методы ее расчета рассмотрены в работах [35] и [36]. Функция (25) табулирована в работе [37]. Однако для практических расчетов удобно иметь простые аналитические выражения, справедливые для широкой области параметров, описывающих фойгтовский контур, и обеспечивающих достаточную точность. Такая попытка была предпринята в работе [38]. Однако приведенное там приближенное выражение для ки обеспечивает точность не хуже 5% лишь для области частот, составляющей «10 полуширин от центра линии. Для еще больших частот указанное выражение менее точно, особенно при малых значениях параметра а. Так, например, при а = 0,1 их= 100 даже второе приближение к коэффициенту поглощения при сравнении с результатами работы [39 стр. 50], дает ошибку «14%, и последняя растет до »30% с дальнейшим увеличением х. В работе [34] предложены более простые, чем в работе [38], выражения для ku обладающие большей точностью и правильно описывающие ход коэффициента поглощения на крыльях линии. Это позволило также получить простое и достаточно точное выражение для эквивалентной ширины фойгтовской линии. Если представить к0 в зависимости от безразмерной частоты T=(v-Vo)/y0 при различных значениях параметра 4=Уь/уо то отношение ku(r, 4)/ки(г, Е,-1) при любом г обнаруживает почти прямолинейную зависимость от Ъ, (рис. 74). Используя это обстоятельство, можно принять в качестве первого приближения для ku следующее выражение, нормированное к силе линии:
Выражение (26) точно в двух предельных случаях 4 = 0 и 4 = 1 (чисто доплеровского и лоренцевского контуров). В общем случае выражение (26) при г 1,6 дает завышенные значения с ошибкой, не превышающей 2,7%, а при г 1,6 — заниженные значения с наибольшей ошибкой «25% (при 4 0,1) в диапазоне частот т 3. Ошибки довольно быстро падают с увеличением г) и при т 10, 4 0,01 не превосходят 3%. Выражение (26) правильно отражает тот факт, что на далеких крыльях линии коэффициент поглощения принимает практически чисто лоренцевские значения
Расчет излучения неизотермической струи с переменной концентрацией атомов вдоль луча наблюдения
Как было показано ранее (п. 4.3.) во время измерений испытания двигателя, когда железо попадало в факел, только растворенным в топливе мощность приходящая на пиксель линейки при длине волны 386 нм составляла 7-Ю"12 [Вт]. Это значение получается при значениях температуры в интервале 3200 - 3000 К.
Аналогичное сопоставление проведено для случая вброса порошка стали (рис.91). Мощность, приходящая на один пиксель при длине волны 386 нм составила 6;10"м [Вт]. Это значение оказывается опять в диапазоне температур 3200 - 3000 К, но ближе к 3200 К. На основании параметрического анализа температуры становится понятным возможный разброс температуры. Температура наблюдаемой области находилась в диапазоне 3200 - 3000 К. Влияние температуры на интенсивность излучения в линиях большое, поэтому, можно считать, что температура 3200 К, выбранная на основании расчетов, достаточно близка к действительности.
Из рис. 92 видно, что интенсивность излучения в линиях при длине волны 386 нм и остальных областях меняется примерно линейно с изменением концентрации атомов. Это означает, что слой оптически тонкий. На рис. 93 изображено отношение излучения в спектре при концентрации 4-10 к спектру при концентрации 2-Ю17. Для оптически тонкого слоя отношение при всех длинах волн должно равняться отношению изменения концентрации. В данном случаеОтношение излучения в спектре при концентрации 4-Ю17 к 2-Ю17
В области спектра при длине волны 386 нм 40% энергии самопоглощается при переносе излучения. Для данной концентрации погрешность составляет 45%. Погрешность достаточно велика из-за низкого уровня сигнала (маленького отношения сигнал/шум) при таких концентрациях.
На рисунке 94 приведено сравнение спектров при разных концентрациях порядка 1019 [м"3]. Видно, что в области спектра 386 нм при увеличении концентрации атомов в 2 раза излучение увеличивается только в 1.4 раза. Это говорит о том, что слой оптически не тонкий.
На основании проведенного параметрического анализа модели с постоянной температурой можно оценить погрешность измерения массового расчета. Для данного расчета погрешность составляет 15%. Несмотря на увеличение оптической толщины, относительная погрешность уменьшилась из-за высокого уровня сигнала, наблюдаемого в факеле при данных концентрациях. В случае излучения струи, как черного тела (непрозрачная струя для любой длины волны) измеряя яркость струи определить концентрацию атомов — невозможно. Расчет погрешности для случая горения соплового аппарата (п. 4.4.) дал максимальную погрешность 16%. Переходя к массе, получаем окончательный результат 35.6 + 2.8 г. разработана расчетная модель излучения факела ЖРД; проведено сопоставление расчетов с измерениями контролируемых концентраций атомов в факеле; показана адекватность расчетной модели; проведена количественная оценка уноса конструкции во время горения соплового В работе решена задача определения нижней границы скорости уноса конструкций РД по спектру факела ЖРД. Проведена апробация аппаратных средств на стенде Центра Келдыша и на стендах КБХА. С помощью данной аппаратуры в 2000 году была проведена работа по установлению причин аварии РН «Протон» в 1999 году. Было показано, что нет влияния вбросов в тракты и магистрали двигателя навесок АМгб в количестве от 0.7 до 9.5 г, стали в количестве 2.5 г и лоскутов асбестовой ткани на целостность и работоспособность.двигателя. Данный комплект аппаратуры может применяться для любых высокотемпературных струй. Разработаны программные средства обработки измеренных спектров. Применение данных программных средств для измерений факелов ЖРД позволило увеличить отношение сигнал/шум аппаратно-программного комплекса. Разработанное программное обеспечение позволило установить существование зависимости между яркостью факела и массовым расходом горючего. Создана расчетная модель излучения в спектральных линиях металлов в струях ЖРД применительно к анализу экспериментальных данных. Адекватность модели проверена сравнением расчетов и измерения струй с известными концентрациями атомов в них. С помощью данной модели проводилось исследования наличия или отсутствия интересующих атомов конструкционных материалов в факеле во время измерения спектров струи натурных ЖРД. Разработана методика сопоставления расчетной модели и измерения и определения динамики уноса материалов конструкций двигателя во время его работы. Разработанная методика позволяет установить нижний предел уноса. По этой методике при огневых испытаниях двигателя РД 8Д49 №1202956132 4 февраля 2000 г во время горения соплового аппарата была установлена нижняя граница уноса конструкции в количестве 35.6±2.8 г.
Влияние неточности в задании.начальных значений на погрешность определения концентрации
Контактными методами хорошо диагностируются неисправности, связанные с ТНА. Наиболее распространенными причинами аварий, связанными с выходом из строя ТНА являются: наличие повышенных осевых сил, действующих на упорный подшипник насоса окислителя; - износ шариков упорного подшипника; - задевание лопаток о корпус турбины при ее отгибе; - касание колеса насоса окислителя о плавающие кольца. Как показывает опыт экспериментальной отработки РД [8; 9], часть неисправностей, возникающих в двигателях, сопровождается изменением его виброакустических характеристик, особенно это обусловлено появлением вибраций ротора ТНА. Для измерений этих вибраций был специально создан прибор МП САЗ, который был задействован в стендовую систему АВД.
Для измерения вибраций датчики укреплялись на корпусах насосов окилителя и горючего ТНА (по два датчика на каждый из насосов, причем один из датчиков располагается перпендикулярно, а другой параллельно оси ротора ТНА). Для регистрации сигналов датчиков использовались системы регистрации быстроменяющихся параметров БПР и ИС 1850 с записью на магнитную ленту, при этом рабочий диапазон частот составлял от 20 Гц до 10 кГц. Спектральный анализ виброканала на характерных участках производился с помощью четырехсотканального анализатора фирмы "Брюль и Къер".
Анализ многочисленных экспериментов с двигателями 11Д58М и 17Д12 позволил обосновать количество частотных диапазонов, места установки вибродатчиков, разработать методику определения уровней настройки пороговых устройств и назначения интервалов контроля.
Метод электромагнитной индукции [8; 9] основан на измерении ЭДС индукции, наведенной вихревыми токами в лопатках турбины, возникающими при пересечении лопатками магнитных силовых линий от постоянного магнита, который расположен вне корпуса турбины.
За один оборот ротора с неповрежденными лопатками возникают идентичные сигналы ЭДС, количество которых равно числу лопаток. В случае возникновения в лопатках дефектов распределение вихревых токов меняется, что приводит к изменению формы и амплитуды ЭДС от дефектной лопатки. Поскольку вихревые токи распространяются главным образом по поверхности лопатки, то этот метод позволяет обнаружить начальную стадию образования дефектов.
В то же время имеется группа отказов ТНА, неохваченных перечисленными контактными методами. К этим отказам, в частности, относятся: разгары газового тракта при запуске из-за срыва работы насоса окислителя, разгар газового тракта на режиме главной ступени при закрытии разделительного клапана окислителя [8]. 1.2. Бесконтактные методы.
Бесконтактные электрофизические методы диагностики ЖРД основаны на измерении параметров электрических и магнитных полей на внешней поверхности двигателя. Параметры электрических и магнитных полей прямо связаны со степенью ионизации газового потока, а следовательно, с температурой, скоростью, давлением в газовом потоке, присутствием в потоке металлических и сажевых частиц и др. Последние годы развитием электрофизических методов диагностики активно занимаются НПО ИТ и НПА "Техноприбор-РКТ" в рамках НИР "Зонд-ЖРД" [9; 10]. В РКК "Энергия" проведены исследования возможности применения эффекта акустической эмиссии при разрушении материалов в целях диагностики состояния ЖРД [9; 11]. С помощью этого эффекта оказалось возможным обнаруживать трещины за счет преобразования упругих волн в электрический сигнал. Этот метод был применен также для обнаружения негерметичности газовых трактов и емкостей.
Оказалось, что при давлении газа в трубопроводе « 50 атм может быть обнаружена утечка на уровне « 1 г/с при работающем ТНА и других агрегатов. Метод также может быть использован для диагностики негерметичности клапанов в отсутствие шумов от других агрегатов.
Добавки различных металлов (10 ...10" массовой концентрации) могут быть обнаружены в спектрах излучения высокотемпературных пламен. Частицы металла, образовавшиеся в результате разрушения и уноса деталей в узлах трения и за счет воздействия горячих газов на поверхность деталей, попав с топливом в камеру сгорания, а оттуда в факел ЖРД, по спектральным линиям излучения могут быть идентифицированы спектральными приборами.
Износ и разрушение деталей конструкции ракетного двигателя приводит к появлению в спектрах излучения струй спектральных линий конструкционных материалов (А1, Са, Со, Сг, Си, Fe, Mg, Mo, Ni, Ті, W и др.). К достоинствам оптического метода можно отнести: - дистанционность; - высокое быстродействие; возможность работы в реальном масштабе времени; - высокую информативность. Разработка оптических методов и оптико-электронных систем диагностики и аварийной защиты проводится в NASA (США) в Центрах Льюиса, Маршалла и Стенниса (Lewis Research Center, Marshall Space Flight Center, Stermis Space Center) [12; 13; 14]. Исследования, выполненные при отработке основного двигателя SSME Space Shuttle, показали высокую потенциальную эффективность оптических методов диагностики ЖРД. Так во время испытаний SSME № 901-853 оптическим методом удалось обнаружить повреждения насоса горючего (унос теплозащиты с турбины) и отключить двигатель до его разрушения [13].
В ЦНИИМАШ ведутся работы по спектральному анализу факела ЖРД под руководством Любченко Ф. Н. В 2000 году проводились спектральные измерения факела ЖРД 11Д58М, работающего на компонентах кислород - керосин прибором «СРВ-48». Измерения проводились в спектральном диапазоне 250 - 530 нм. На всех полученных спектрах во время измерения отсутствовали атомарные линии металлов. Характер спектральных зависимостей излучения факела ЖРД 11Д58М определялся суммой широких молекулярных полос излучения продуктов сжигания топлива и сплошного излучения, обусловленного излучением частиц, имеющих температуру факела. [15]. Результаты недавних работ опубликованы в [16].
Начиная с 1997 года, в Центре Келдыша ведутся работы по оптической диагностике ЖРД лабораторией в составе: Ф. С. Завелевича, Ю. М. Головина, Ю. П. Мациикого, К. Б. Мошкина [9; 17; 18; 19; 20; 21].
