Атлас. Атлас конструкций жрд. Описания. Часть I
 Скачать 0.87 Mb.
|
Камера двигателя РД-119 (листы 21…27)Двигатель РД-119 предназначен для вторых ступеней космических ракет. Разработка двигателя началась с 1960 г. С 1963 г. двигатель находится в серийном производстве. Двигатель РД-119 однокамерный, состоит из камеры, ТНА, газогенератора, комплекта агрегатов системы автоматики, узлов и деталей общей сборки. Двигатель снабжен рулевой системой, работающей от выхлопных газов турбины, с помощью которой осуществляется управление второй ступенью изделия в полете. Номинальная тяга двигателя в пустоте с учетом силы тяги рулевых сопел 10,76 тс. Основные параметры камеры
Камера представлявляет собой паяно-сварную неразъемную конструкцию и состоит из цилиндрической камеры сгорания с форсуночной головкой и профилированного сопла, обеспечивающего большую степень расширения газового потока (Pk/Pa = 1280). Особенностью конструктивного решения является использование титановых сплавов как для деталей наружной оболочки, так и для внутренних стенок на малонапряженных в тепловом отношении участках сопла. Детали форсуночной головки, работающие в среде жидкого кислорода, выполнены из стали или бронзы, в связи с тем, что при силовых нагрузках титановые сплавы могут самопроизвольно возгораться в среде жидкого кислорода. Форсуночная головкаНа головке установлено 285 однокомпонентных центробежных форсунок с тангенциальным вводом компонентов в камеру закручивания и почти полностью раскрытым соплом, см.лист 22. Расположение форсунок в центре шахматное с переходом к расположению по концентрическим окружностям на периферии головки (см.рис. 1-30). Расходы через форсунки горючего и окислителя, расположенные в двух крайних к стенкам камеры сгорания рядах, уменьшены по сравнению с расходами через основные форсунки горючего (5) и окислителя (7). Кроме того, для выравнивания эпюры соотношения компонентов и расходонапряженности в плоскости головки,в переходной зоне установлено четыре форсунки окислителя с расходом 75% (по весу) от расхода через основные форсунки окислителя. Рисунок 1.30 Для повышения устойчивости рабочего процесса как форсунки горючего, так и форсунки окислителя (кроме форсунок двух периферийных рядов) разбиты на три класса с разницей по расходу между соседними классами в 10%. Схема размещения форсунок разных классов на головке показана на рис. 1-30. На рис. 1-31 приведены геометрические параметры форсунок. Рисунок 1.31 Все форсунки припаяны твердым припоем к плоским внутреннему (огневому) днищу (1) и среднему днищу (2), между которыми располагается полость горючего. Величина зазора между днищами определяется высотой буртов трех пар равнорасположенных по окружности дистанционных штифтов (43). Штифты имеют боковое сверление для вывода воздуха при запрессовке (см.сеч.ББ). Наружное сферическое днище (4), привариваемое к среднему днищу, имеет фланец (3), в который устанавливается пироклапан, отсекающий подачу окислителя в камеру при выключении двигателя. Кроме того, для скрепления внутреннего и среднего днищ с наружным, часть основных форсунок окислителя и горючего выполнена с удлиненными глухими корпусами в виде силовых штырей (6) и (8). Между наружным и средним днищами располагается полость окислителя. К наружному днищу приварены 5 штуцеров. Один штуцер соединяется каналом с полостью горючего (сечение ББ), второй – с полостью окислителя (см. лист 22). Штуцера используются для замера давления компонентов перед форсунками. Два биметаллических штуцера служат для замера давления газа в камере сгорания; подвод газа к штуцерам осуществляется через каналы в штифтах, установленных на периферии головки (сеч. СС). Пятый штуцер (сеч. ДД) служит для подвода азота на продувку полости горючего перед запуском двигателя. Соединение форсуночной головки с цилиндрической частью камерыСоединение форсуночной головки с цилиндрической частью камеры производится с помощью сварки внутренней стенки камеры сгорания (14) с огневым днищем (1) и по биметаллическому (9) и опорному (11) кольцам. Биметаллическое кольцо служит для стыковки стального корпуса головки с рубашкой цилиндрической части камеры, выполненной из титанового сплава. Кольцо состоит из внутренней стальной и наружной титановой частей, спаянных между собой твердым медно-серебряным припоем по специальной резьбе с круглым профилем и торцевым круговым шипам. Резьба и круговой шип воспринимают осевые и радиальные нагрузки, возникающие при работе камеры, так как паяное соединение хрупкое. Припой служит только для герметизации соединения. В титановой части кольца (сеч. АА) выполнено шесть отверстий диаметром 14,8 мм для прохода горючего из зарубашечнюй полости коллектора головки (образованной переходным кольцом (12), опорным кольцом (11) и биметаллическим кольцом (9) ) в полость горючего форсуночной головки. Вход в каждое отверстие оформлен в виде седла для посадки клапанов, отсекающих подачу горючего в камеру при выключении двигателя (см. местоVI). Кроме того, к кольцу (11) приварен штуцер замера давления горючего перед клапанами (сеч. ВВ). На листе 23 даны узловой чертеж с деталировкой биметаллического кольца (9), а также рабочие чертежи опорного кольца (11) и форсунок. Цилиндрическая часть, докритическая часть и первый участок закритической части соплаВнутренняя стенка камеры сгорания и докритической части сопла (14) (стенка средней части камеры) и стенка первого участка закритической части сопла (25) бронзовые, оребренные (см. сеч. ДД). Наружная рубашка оребренной части камеры состоит из секций (13), (20) и (24) с переходными кольцами (см. листы 21 и 24). Секция (13) со стороны форсуночной головки заканчивается переходным кольцом цилиндра (12), обеспечивающим получение прочных и надежных сварных швов с опорным и биметаллическим кольцами. В кольце (12) выполнено 78 отверстий диаметром 5,8 мм для прохода горючего из зарубашечной полости в коллектор головки. Секция (24) заканчивается переходными кольцами (23) и (26). Кольцо (23) установлено со стороны критического сечения. Соединительное кольцо (21) приваривается к утолщенной секции рубашки области критического сечения (20) и переходному кольцу (23) после сварки встык стенок (14) и (25). Сварной шов отнесен из критического сечения в направлении к выходному сечению сопла и поддерживается гофрированной проставкой (22). Со стороны стыка со средним участком закритической части сопла к рубашке (24) приварено титановое кольцо (26). В кольце (26) имеется 240 отверстий диаметром 2,5 мм для протока горючего. Соединение рубашек и колец с внутренними стенками осуществляется путем пайки медно-серебряным припоем по вершинам ребер и кольцевым буртам стенок (места I, II), а также по гофрированной проставке (22). Принятое конструктивное решение узла стыковки секций сопла с постановкой титанового кольца (26), позволило получить простой и надежный переход к цельнотитановым секциям сопла, и разгрузить паяное соединение средней секции сопла в районе стыка (место пайки разгружено от действия давления жидкости, т.к. титановое кольцо имеет отверстия для протока горючего). После пайки средняя часть камеры разрезается в конце цилиндрического участка для постановки пояса завесы. Рабочие чертежи внутренней стенки средней части камеры (до пайки и, следовательно, до разрезки), кольца цилиндра и соединительного кольца приведены на листе 25. Пояс завесыПояс завесы (лист 24) состоит из силового кольца (15), соединительного кольца (17), биметаллической вставки завесы (16), коллектора перепуска горючего (19) и четырех угольников (18) для подвода горючего в пояс завесы. Внутренняя часть вставки завесы (16) выполнена в виде бронзового кольца, которое спаяно с наружным титановым кольцом твердым медно-серебряным припоем. Вставка имеет систему тангенциальных отверстий, обеспечивающих закрутку горючего на входе в выходные щели (см. сеч. АА и ББ). Для выравнивания расхода и скорости горючего по периметру щелей на выходе из пояса дополнительного охлаждения на передних кромках щелей выполнена специальная накатка (см. вид по стрелке Г и сеч. ВВ). На листе 26 показан узел завесы в увеличенном масштабе, приведен узловой чертеж биметаллической вставки и рабочие чертежи деталей, входящих в узел (детали 16-1 и 16-2 даны в предварительной обработке). Последовательность операций при установке пояса завесы приведена на листе 27. Средний и концевой участки закритической части соплаСредняя секция сопла включает наружную рубашку (31), внутреннюю стенку (30), две гофрированные проставки (32) и кольца (28), (29), (33) и (34), приваренные к торцам рубашки и стенки для улучшения условий сварки с первой и концевой секциями закритической части сопла (см. место II). Концевая секция состоит из рубашки (40), внутренней стенки (38), гофрированной проставки (39) и колец, привариваемых к торцам рубашки и стенки. Со стороны концевой секции к внутренней стенке приваривается точеное кольцо (36) с каналами для прохода горючего (см. место III). Кольцо (36) соединяется сварным швом с кольцом коллектора (37), привариваемым к рубашке (40). Для направления определенного расхода охлаждающей жидкости в сторону среза сопла со стороны кольца (36) в наружные зиги гофрированной проставки устанавливаются заглушки, препятствующие протоку части горючего в сторону критического сечения. Заглушки перекрывают по два наружных канала из каждых трех (сеч. ИИ). Со стороны среза сопла устанавливается кольцо (41) и замыкающее кольцо (42). К кольцу (42) приваривается бобышка, служащая для слива горючего из зарубашечного пространства (см. места IV и V). Рубашка и стенки соединены между собой диффузионной пайкой по вершинам гофрированных проставок. Соединение узлов соплаСоединение секций сопла между собой производится сваркой по стенкам и через соединительные кольца (27) (место II) и (35) (место I), состоящие каждое из двух полуколец. Форма соединительных колец со стороны жидкости подобрана с таким расчетом, чтобы скорости охлаждающей жидкости на участках стыков были близки к скорости жидкости на прилегающих участках зарубашечного тракта. КоллекторКоллектор состоит из кольца коллектора, двух секторов и патрубка. В кольце коллектора выполнено 540 отверстий диаметром 4 мм для прохода горючего. Отверстия расположены в два ряда в шахматном порядке. Диаметр и шаг отверстий выбраны из условия обеспечения равномерного заполнения каналов гофров жидкостью. К кольцу коллектора приварена противопожарная перегородка, скрепляющая камеру с донной плитой хвостового отсека ракеты с помощью резьбовых бобышек, вваренных в перегородку. Узлы крепленияВ районе стыка форсуночной головки с цилиндрической частью камеры на опорном кольце (11) расположены три опорных выступа (10) для крепления камеры к изделию. К этим же опорам крепится рама ТНА. Кроме того, на опорном кольце (11) выполнены шесть гнезд под клапаны отсечки подачи горючего при выключении двигателя. Клапан отсечки показан на сеч. АА. На опорном кольце также укрепляется кронштейн под вибродатчик (см. вид Г) и имеется штуцер для отбора горючего на питание газогенератора (сеч. ЕЕ). ОхлаждениеОхлаждение камеры комбинированное. Наружное охлаждение осуществляется за счёт протока горючего по зарубашечному тракту; внутреннее – за счет организации пристеночного слоя, соответствующим расположением форсунок на головке и постановкой пояса завесы. Горючее поступает из коллектора через отверстия в кольце коллектора (37) в зарубашечное пространство и разделяется на два потока. Основной поток с расходом G1 = 8,425 кг/с направляется к критическому сечению, остальная часть (G2 = 3,96 кг/с) – к выходному сечению сопла, заполняет коллектор, образованный кольцами (41) и (42), и по каналам между гофрированной проставкой и внутренней стенкой направляется также в сторону критического сечения. Оба потока встречаются в конце гофрированной проставки (39) перед каналами кольца (36) и далее следуют вместе. Охлаждающая жидкость обтекает по коллектору (18), сообщающемуся с зарубашечным трактом каналами в кольце (15), пояс завесы, проходит по сверлениям в кольце (12) в коллектор головки и через отверстия в биметаллическом кольце (9) попадает в полость горючего к форсункам. Пояс завесы имеет автономный подвод горючего. Горючее из четырех угольников (19) через отверстия в кольце (17) поступает во вставку (16) и через тангенциальные отверстия попадает к кольцевым выходным щелям. Параметры охлаждения и схема расположения ребер и гофрированных проставок и их геометрия приведены на рис. 1-32. На рис. 1-33 даны графики изменения температуры и давления охлаждающей жидкости (в увеличенном масштабе). Рисунок 1.32 Рисунок 1.33 МатериалыДля изготовления деталей камеры применены следующие материалы (см. таблицу 1-14). Таблица 1-14
Напряжения запасы прочностиВ таблице 1-15 приведены расчетные значения напряжений и запасов прочности в некоторых узлах камеры. Таблица 1-15 Пирозажигательное устройство (ПЗУ)ПЗУ предназначено для воспламенения компонентов топлива и одновременно используется для герметизации внутренней полости камеры сгорания, позволяя создать избыточное давление (в камере сгорания) при воспламенении пиропатронов для обеспечения надежного запуска двигателя в условиях вакуума. |