Исследование магнитного поля изделия СПД-140
4.1. Предварительная подготовки изделия СПД-140 и стенда исследования радиальной составляющей магнитного поля
Таблица 7 - Оборудование и материалы, использованные в ходе исследования.
| Наименование оборудования | Марка | Погрешность прибора |
| Общие приборы стенда | ||
| Лабораторный блок питания (ЛБП) | BP Electronics Lab tools 30V/15A | - |
| Лабораторный блок питания (ЛБП) | BP Electronics Lab tools 30V/30A | - |
| Измерительные приборы | ||
| Вольтамперметр (к-во 2 шт.) | М 2018 | Е = 0,2% |
| Датчик Холла | Allegro A3121EUA TO-92 21E | |
| Прочие оборудование и материалы | ||
| Специальное устройство для измерения магнитного поля | - | - |
Согласно технической справке № ТС 038/31 от 27.08.2020 ТС «Конфигурация магнитной системы изделия СПД-140» было рассчитано количество ампер-витков на внутренней и наружной катушки изделия СПД-140.
Таблица 8 - Характеристики электромагнитных катушек изделия СПД-140 при проведении исследования.
| Катушка | I, A | n, к-во витков одной катушки | I•n, ампер-витки | Количество катушек |
| Расчётные параметры катушек | ||||
| Внутренняя | 2,2 | 170 | 374 | 1 |
| Наружная | 4,6 | 108 | 496,8 | 6 |
| Реальные параметры катушек при измерении магнитного поля | ||||
| Внутренняя | 2,2 | 170 | 374 | 1 |
| Наружная | 5,1 | 98 | 499,8 | 6 |
Были подключены электромагнитные катушки к ЛБП как указано на схеме (рис.8);
Рисунок 8. Схема исследования магнитного поля изделия СПД-140.
СПД-140установлено на платформу стенда измерения магнитного поля;
Механизм перемещения с датчиком Холла был отъюстирован таким образом, чтобы обеспечить параллельность датчика Холла с внутренней стенкой канала ГРК;
4.2 Проведение исследования магнитного поля изделия СПД-140
Исследование распределения радиальной составляющей магнитного поля изделия СПД-140 проводилось по длине канала ГРК в 3х сечениях (у внутренней стенки ГРК, по центральной линии канала ГРК и у наружной стенки ГРК).
Последовательность выполнения работ
Был включен ЛБП ЭК1 и ЭК2 и установлена сила тока согласно табл.8;
Датчик Холла установлен в начальную точку Линии 1 как показано на рис.8;
Рисунок 9. Схематичное изображение изделия СПД-140 и областей проведения исследования магнитного поля.
Датчик Холла перемещался по выбранным линиям при помощи механизма перемещения. Измерения проводились с шагом 1 мм при помощи механизма перемещения;
По достижению расстояния в 8 мм от среза ГРК датчик Холла вернули в исходную позицию;
Был установлен датчик Холла в начальную точку Линии 2;
Выполнены работы согласно пунктов № 3, 4;
Был установлен датчик Холла в начальную точку Линии 3;
Выполнены работы согласно пунктов № 3, 4;
Расчетные формулы
Для построения градиента dBr/dz использовался метод численного дифференцирования по трём узлам [3];
(9)Так как точки измерения радиальной составляющей магнитного поля, равноудалённые друг от друга выражение (9) имеет следующий вид[3]:
, (10)Где:
=
=
(11)Для определения границы ЗИУ использовалась следующая формула[4]:
(12)4.3. Результаты исследования радиальной составляющей магнитного поля изделия СПД-140
Для наглядности результаты были аппроксимированы и представлены в следующем виде:
Рисунок 10. Распределение радиальной составляющей магнитного поля изделия СПД-140 по линиям №1, №2 и №3.
Рисунок 11. Распределение градиента радиальной составляющей магнитного поля по длине линий №1, №2 и №3.
Исследование изделия СПД-140 в режиме минимального расхода рабочего тела
Описание испытательного стенда
Испытания двигателя проводились на вакуумном стенде, состоящем из:
вакуумной камеры длиной 2,5 м и диаметром 1 м, изготовленной из нержавеющей стали и имеющей смотровые фланцы;
системы предварительной откачки, состоящей из форвакуумных насосов типа ВН-6 и АВР-150, производительностью 150 л/с;
четырёх турбомолекулярных насосов два из которых типа 010В-3500-006 и два Varian TV3-KT , производительностью 2500 л/с каждый;
автономной водяной системы.
Схема испытательного стенда представлена на рис. 16.
 |
| Рисунок 16. Схема испытательного стенда |
| |
Предварительная откачка вакуумной камеры (1) осуществляется при помощи форлинии, в которую входят соединительные трубопроводы, клапаны (11, 12, 14, 28, 30, 31) и форнасосы: ВН-6 (15) и АВР-150 (32). Давление контролируется датчиками высокого и низкого вакуума (2, 3, 5, 6, 16, 20, 21, 16, 29). Откачка камеры до высокого вакуума проводиться двумя турбомолекулярными насосами 010В-3500-006 (9, 10) и Varian TV3-KT (24, 25). Для поглощения вибраций форвакуумных насосов и для облегчения сборки форлинии в системе установлены сильфоны (13, 18, 19, 26, 27). Для напуска воздуха в систему после завершения работы используется клапан напуска (4). Вакуумная установка позволяет получить предельный безмасляный вакуум 7·10-6 мм рт. ст. (при тарировке по воздуху). При суммарном массовом расходе ксенона через анод и катод до 7 мг/с, динамический вакуум ухудшается до 8·10-4 мм рт. ст. Однако это не влияет на качественные и количественные результаты полученные авторами.
Стенд оборудован следующими устройствами:
специализированными источниками питания;
системами хранения и подачи рабочего тела, обеспечивающими подачу и измерение массового расхода до 2,57 мг/с для катодного, и до 38,6 мг/с анодного трактов;
- устройствами измерения электрических параметров в аналоговом диапазоне;
Рисунок 17. ПГС подключения изделия СПД-140 при испытаниях.
Рисунок 18. Электрическая схема подключения изделия СПД-140 при испытаниях.
Выход на режим работы изделия СПД-140 при минимальном расходе рабочего тела
Испытания изделия проводились при следующих начальных параметрах запуска.
Таблица 10 - Начальные параметры запуска
| № | Up, B | Ip, A | Uvn, B | Unar, B | Ivn, A | Inar, A | ṁа, мг/с | ṁк, мг/с |
| 1 | 300 | 10 | 2.2 | 2.35 | 2.95 | 3.1 | 6,3 | 0,514 |
| 2 | 300 | 8,1 | 2,9 | 2,7 | 3,1 | 2,95 | 6,18 | 0,514 |
Рисунок 19. Зависимость температуры катушек изделия СПД-140 от времени работы при минимальной мощности эксперимента №1.
Рисунок 20. Зависимость температуры катушек изделия СПД-140 от времени работы при минимальной мощности эксперимента №2.
Из рисунков 19 и 20 видно, что наивысшую температуру в процессе работы имеет внутренняя катушка изделия СПД-140. Рабочая температура катушек достигается в течении 60 минут и составляет 550 °С что является допустимым для провода марки ПОЖ-600 из которого она изготовлена.
Моделювання теплового стану та деформації двигуна
Рисунок 19. Схема теплового стану двигуна.
За допомогою розділу Static Structural в пакеті програм Ansys Workbench 2019 розрахував деформацію магнітопроводу використавши схему теплового стану з попереднього розрахунку.
Рисунок 20. Теплова деформація магнітопроводу двигуна.
Теплова деформація (рис. 20) найбільш вплинула та такі фактори (таб.1), як: діаметр внутрішнього ПН(Х3), діаметр зовнішнього ПН(X4), зазор між внутрішнім МЕ та внутрішнім ПН(Х5), зазор між зовнішнім та зовнішнім ПН.
Скорегувавши розрахункову модель магнітного поля отримав розподілення радіальної складової магнітного поля в робочому каналі двигуна з урахуванням теплового стану магнітної системи.
Рисунок 21.Розподілення радіальної складової магнітно поля з урахуванням теплового стану магнітної системи.
Рисунок 22.Розподілення градієнту радіальної складової магнітно поля з урахуванням теплового стану магнітної системи.
Висновок
В даній дипломній роботі здійснено розрахунок і проектування електрореактивного двигуна на базі СПД-140, задача якого здійснити перехід супутника з НОО на ГСО та корегувати відхилення від орбіти.
За допомогою розрахункової системи Ansys Maxwell 2D проведені розрахунки магнітної системи СПД-140.
Проведено випробування інженерної моделі СПД-140 завдяки чому отримані
По результатам випробуванням інженерної моделі СПД було змодельована теплова модель двигуна, теплова
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ГОСТ 24297-87. ВХОДНОЙ КОНТРОЛЬ ПРОДУКЦИИ. Основные положения.
А.И. Ефимова, А.В. Зотеев, А.А. Склянкин. «ПОГРЕШНОСТИ ЭКСПЕРИМЕНТА»//Москва 2012.
Руководство программного продукта Origin Pro 2019b;
Материлы диссертационой работы Титова М.Ю.;
А.Ф. Иванков. «Мобильные методы контроля герметичности»// В мире неразрушающего контроля 2 (44). С. 11-13.
ТЕЧЕИСКАТЕЛЬ ГАЛОГЕННЫЙ ТИ2-8. Техническое описание и инструкция по эксплуатации
И. Н. Каневский, Е. Н. Сальникова. «Неразрушающие методы контроля»//Владивосток 2007.
Белокур И.П. «Дефектология и неразрущающий контроль»// Киев: Вища шк., 1990г.
1 2 3