Камера двигателя 11Д47 (листы 31, 32)
Двигатель используется на второй ступени космической ракеты, предназначенной для выведения искусственного спутника Земли на круговую орбиту. Разрабатывался в 1962-1964 гг.
Двигатель состоит из камеры, турбонасосного агрегата с двумя пороховыми стартерами, газогенератора, четырех поворотных сопел основной системы.
Кроме того, в состав двигателя входят газогенератор и четыре поворотных сопла системы малой тяги, а также два отдельных газогенератора наддува баков.
Двигатель включается дважды с интервалом между включениями до 5000 с.
В начале и в конце каждого включения работают только сопла основной системы (в приведенной ниже таблице 2-3 – режим II), При этом часть расхода перепускается мимо турбины и давление в газогенераторе понижается. Остальное время эти сопла продолжают работать вместе с камерой (режим I). В этом случае в сопла направляется выхлопной газ турбины.
В интервале между включениями основной системы работает система стабилизации малой тяги. В этом случае компоненты подаются из баков сжатым газом. Тяга каждого сопла системы малой тяги 2,5 кгс.
В таблице 2-3 приведены параметры работы основной системы двигателя.
Таблица 2-3
Параметр
|
Включение
|
II режим
|
I режим
|
II режим
|
Тяга, кгс
|
1
|
4 х 125
|
1 x 15 500 + 4 x 137,5
|
4 x 125
|
2
|
4 x 135,5
|
1 x 15500 + 4 x 134
|
4 x 135,5
|
Время работы, с
|
1
|
2…7
|
2…350
|
2…10
|
2
|
2…10
|
2…10
|
2…10
|
Расход топлива (без расхода на наддув), кг/с
|
1
|
3,268
|
52,970
|
3,268
|
2
|
3,543
|
52,896
|
3,543
|
В графе «тяга» на режимах работы двигательной установки указано количество агрегатов, создающие тягу, и тяга каждого из них.
Удельный вес двигателя равен
11,5 кг/тс.
Основные параметры камеры
тяга, тс:
|
|
– в пустоте
|
15,5
|
топливо:
|
|
– окислитель
|
АК-27И
|
– горючее
|
НДМГ
|
секундный расход, кг/с:
|
|
– окислителя
|
36,302
|
– горючего
|
13,698
|
весовое соотношение компонентов топлива
|
2,65
|
коэффициент избытка окислителя
|
0,795
|
давление газов, ата:
|
|
– в камере сгорания
|
100
|
– в выходном сечении сопла
|
0,072
|
удельная тяга, сек:
|
|
– в пустоте
|
310±3
|
удельный импульс давления, сек
|
166
|
относительная расходонапряжённость сечения у головки, г/(с·см2·ата)
|
0,943
|
объём камеры сгорания до критического сечения, л
|
14,5
|
литровая тяга, кгс/л
|
1070
|
коэффициент полноты давления в камере
|
0,98
|
коэффициент сопла
|
0,96
|
масса камеры, кг
|
70
|
Газодинамический профиль камеры
Дозвуковая часть сопла выполнена (лист 31) в виде плавных переходов для обеспечения минимальных потерь при течении газа в сужающемся канале. Сверхзвуковая часть сопла спрофилирована методом характеристик. Координаты сверхзвуковой части сопла приведены в таблице 2-4.
Табл. 2-4
расст. от ФГ, мм
|
диаметр,
мм
|
расст. от ФГ, мм
|
диаметр,
мм
|
расст. от ФГ, мм
|
диаметр,
мм
|
расст. от ФГ, мм
|
диаметр,
мм
|
10
|
106,4
|
35
|
140,2
|
75
|
194,4
|
520
|
677,6
|
15
|
113
|
45
|
154
|
95
|
220,8
|
720
|
833,2
|
20
|
119,7
|
55
|
167,7
|
195
|
345,8
|
920
|
957,4
|
25
|
126,6
|
65
|
181,2
|
320
|
486,2
|
1068
|
1032
|
Камера представляет собой паяно-сварную конструкцию, состоящую из форсуночной головки, цилиндрического и докритического участков с частью закритического участка сопла и закритической части сопла.
Форсуночная головка
Форсуночная головка состоит из силового кольца (21), огневого днища (27), среднего днища (28), сферического наружного днища (22) и двухкомпонентных форсунок.
Полость окислителя образована огневым и средним днищами. Полость горючего – средним и наружным сферическим днищами.
Среднее и огневое днища связаны между собой двухкомпонентными форсунками посредством развальцовки и пайки кислотостойким припоем, устанавливаемым в местах соединений в виде колец (сеч. ГГ, ПП). Пайка производится в вакууме. Всего форсунок 154, из них 128 центробежных и 26 струйных.
Центробежная двухкомпонентная форсунка состоит из корпуса форсунки окислителя (31) и запрессованного в него корпуса форсунки горючего (30). Герметичность и прочность соединений между корпусами форсунок обеспечивается пайка кислотостойким припоем, установленным в проточке корпуса форсунки горючего. Из 128 двухкомпонентных центробежных форсунок 37 форсунок выполнены увеличенного расхода и установлены в центре форсуночной головки по четырем концентрическим окружностям (см. схему расположения форсунок, лист 31). Геометрические параметры этих форсунок следующие (таблица 2-5):
Таблица 2-5
форсунка
|
камера закручивания
|
тангенциальные отверстия
|
сопло
|
диаметр,
мм
|
длина,
мм
|
кол-во
|
диаметр,
мм
|
диаметр,
мм
|
длина,
мм
|
О
|
9,0
|
2,0
|
6
|
1,98
|
7,7
|
3,0
|
Г
|
б,0
|
5,4
|
4
|
1,51
|
4,2
|
6,2
|
Вокруг ядра по двум концентрическим окружностям установлено 54 центробежных двухкомпонентных форсунки уменьшенного расхода компонента (33), аналогичных по конструкции форсункам увеличенного расхода, со следующими геометрическими размерами:
Таблица 2-6
форсунка
|
камера закручивания
|
тангенциальные отверстия
|
сопло
|
диаметр,
мм
|
длина,
мм
|
кол-во
|
диаметр,
мм
|
диаметр,
мм
|
длина,
мм
|
О
|
9
|
2
|
4
|
1,55
|
7
|
2,3
|
Г
|
6
|
5
|
2
|
2,22
|
3,5
|
6
|
Кроме того, на периферии огневого днища по одной концентрической окружности установлено еще 36 форсунок (32) с увеличенным расходом горючего для создания пристеночного слоя.
По второй и третьей концентрическим окружностям среди двухкомпонентных центробежных форсунок увеличенного расхода с интервалом через одну форсунку (по третьей концентрической окружности) и с переменным интервалом (но второй концентрической окружности) установлено 14 двухкомпонентных струйных форсунок увеличенного расхода (84) (П-П).
Струйные форсунки имеют следующие геометрические параметры. Подвод окислителя имеет четыре отверстия диаметром 2,2 мм с длиной сопла 2,4 мм, просверленные под углом к оси. Подвод горючего выполнен в виде одного отверстия диаметром 2,78 мм с длиной сопла 3,6 мм. Отверстия для ввода окислителя и горючего имеют заходные конуса.
На первой концентрической окружности от ядра между форсунками уменьшенного расхода установлено (см.схему) еще дополнительно 12 двухкомпонентных струйных форсунок увеличенного расхода (34).
И наконец, на первой концентрической окружности ядра среди форсунок увеличенного расхода установлена одна трехполостная, струйноцентробежная форсунка, через которую дополнительно по внутреннему каналу завихрительной форсунки горючего (36) впрыскивается окислитель из регулятора тяги (Б-Б). Эта винтовая завихрительная форсунка горючего имеет следующие геометрические параметры: диаметр камеры 6 мм, длина камеры 2,6 мм, число радиальных отверстий 4, диаметром 1,5 мм; имеет 3-х заходный винт с диаметром и длиной сопла 6 мм.
Форсунка окислителя (35) имеет следующие параметры: камера закручивания – 9 мм, длина камеры закручивания 5,5 мм, число тангенциальных отверстий – 4, диаметром 1,53 мм; с диаметром сопла 9 мм.
Окислитель из регулятора к струйной форсунке окислителя подводится по трубопроводу (39) (лист 32) к угольнику, приваренному к сферическому днищу.
Такое расположение форсунок обеспечивает эшелонированный фронт пламени по длине камеры, что приводит к устойчивой форме горения, к ликвидации высокочастотных колебаний и созданию защитного пристеночного слоя.
Перепад давления на форсунках окислителя равен 3,5 ата, а на форсунках горючего – 5,8 ата.
В центре огневого днища приварен стакан с 6 антидетанационными ребрами (см. схему расположения форсунок), которые дополнительно привариваются к огневому днищу прерывистым швом с двух сторон и к силовому кольцу по внутренней его поверхности. В силовом кольце для подвода компонентов к форсункам окислителя и горючего просверлено по 45 отверстий во взаимно-перпендикулярных плоскостях (сеч. С-С). Между сферическим днищем и средним установлено 2 перфорированных стакана для придания жесткости блоку плоских днищ (сеч. В-В). К силовому кольцу приварен коллектор окислителя (20) с двумя патрубками и трубопроводами, к которым приварен наконечник (25) с дроссельной шайбой (38). Е наконечнику приварен штуцер (44) для подвода окислителя к стабилизатору соотношения компонентов.
Кроме того, не голгашке камеры приварены штуцер для замера давления окислителя в полости перед форсунками (40), штуцер для замера давления горючего перед форсунками (41) и четыре кронштейна для крепления к раме ракеты. Все детали головки, кроме форсунок, соединены между собой аргоно-дуговой сваркой.
Цилиндрический участок камеры выполнен из двух оболочек, связанных между собой гофрированной проставкой при помощи пайки кислотостойким припоем (сеч. ЕЕ).
Докритический участок сопла с частью закритического участка выполнен также из двух оболочек, связанных между собой кислотостойким припоем. Внутренняя оболочка выполнена из сплава на медной основе. Каналы для охлаждения указанного участка сопла на внутренней оболочке выполнены фрезерованием (сеч. ЖЖ). Закритический участок внутренней оболочки из первоначальной цилиндрической формы доводится до заданного профиля после сборки с внешней оболочкой.путем обкатки роликом. Наружная оболочка выполнена стальной.
К внутренней оболочке цилиндрической части камеры (18) с двух сторон приварены кольца большей толщины для обеспечения более качественной сварки оболочки с силовым кольцом головки, с одной стороны, и для осуществления сварки внутренней стальной цилиндрической оболочки с внутренней оболочкой докритической части сопла, выполненной из медного сплава, с другой стороны. На цилиндрической части камеры сгорания установлено два штуцера (42) для замера давления в ней.
Кронштейн (43) предназначен для крепления газогенератора наддува бака окислителя.
Закритическая часть сопла
Указанная часть сопла состоит из шести частей. Первый участок сопла от критического сечения аналогичен по конструкции цилиндрической части камеры. Выполнен он из двух стальных конических оболочек, соединенных между собой гофром (сеч. ЕЕ) при помощи кислотостойкого припоя. Каналы гофрированной проставки выполнены вдоль образующей сопла. Последующие участки закритической части сопла выполнены с открытым гофром,за исключением четвертого и шестого участков (сеч. ЛЛ). Соединение участков гофра с внутренней оболочкой осуществляется с помощью пайки кислотостойким припоем. Участки гофров соединены между собой при помощи сварки (места IV, V). Четвертый и шестой участки сопла выполнены из двух оболочек с гофрированной проставкой. Четвертый участок с двумя оболочками выполнен для придания жесткости соплу. Последний (шестой) – для установки коллектора (10).
Коллектор с двумя трубопроводами (8), переходящими в патрубок (12) с наконечником и дроссельной шайбой,служит для подвода горючего в межрубашечное пространство. К наконечнику приварен штуцер (45) для отбора горючего к стабилизатору соотношения компонентов.
Сопло заканчивается кольцом жесткости, к которому приварены обе оболочки (место VI). В кольце жесткости для образования поворотной полости коллектора, выполнена кольцевая проточка.
Соединение узлов камеры
Цилиндрический участок камеры соединяется с головкой (место I) при помощи сварки: внутренняя оболочка с силовым кольцом – через кольцо большей толщины, чем сама оболочка, а внешняя оболочка с силовым кольцом – через переходное кольцо.
Цилиндрический участок соединяется с докритическим участком также при помощи сварки: внутренние оболочки, цилиндрическая стальная и докритическая из медного сплава – через кольцо из пластичной нержавеющей стали, а внешние оболочки терез переходное разрезное кольцо (место II и сеч. УУ).
Закритическая часть сопла присоединяется также сваркой: по внутренним оболочкам через переходное кольцо из пластичной стали, а по внешним оболочкам – через переходное разрезное кольцо, имеющее продольный шов (место III).
Соединение элементов сопла описано в разделе «Закритическая часть сопла».
Вокруг критического сечения приварено кольцо с кронштейнами. К кронштейну (7) крепится ТНА, к кронштейнам (6) и (2) – регулятор, к гнезду (15) крепится шар-баллон. Кроме того к кронштейну (6) крепится сдвоенный сигнализатор давления.
Система охлаждения
Камера охлаждается горючим с расходом
13,7 кг/с. Расчетные величины перепадов давлений по участкам камеры, площадей и скоростей течения компонента приведены в табл. 2-7.
Внутренние оболочки цилиндра и сопла выполнены толщиной 0,8 мм, высота щели – 2,5 мм, высота «открытого гофра» сопла равна 2,5 мм. Гофр выполнен из материала толщиной 0,4 мм.
Внутренняя оболочка докритической части сопла выполнена толщиной 1,25 мм с высотой щели 2,75 мм – и покрыта блестящим хромом толщиной 40…60 мкм.
Проведенные проливки охлаждающего тракта показали, что величины перепадов давления при заложенных геометрических параметрах и скорости течения в 2,13 раза больше расчетных и суммарный перепад давления лежит в пределах 22…28 ат.
Подогрев горючего в тракте охлаждения составит 140…170 °C.
Результаты теплового расчета камеры приведены в таблице 2-7.
Таблица 2-7
парам.
|
размерн.
|
IV уч.
|
III уч.
|
II уч.
|
I уч.
|
|
PОХЛ
|
кгс/см2
|
1,66
|
2,43
|
4,07
|
3,55
|
|
FОХЛ·104
|
м2
|
14
|
|
4,9
|
16
|
66
|
WОХЛ
|
м/с
|
15,4
|
|
40,3
|
12
|
2,7
|
tСТ.Г.
|
°C
|
590
|
|
486
|
206
|
90
|
tСТ.Ж.
|
°C
|
364
|
|
340
|
146
|
80
|
tЖ.
|
°C
|
161
|
|
110
|
72
|
40
|
q·10-6
|
ккал/(м2·ч)
|
5,9
|
|
23,6
|
1,45
|
0,23
|
СТ.
|
|
0,391
|
|
0,391
|
0,391
|
0,391
|
Материалы
Основные детали камеры изготовлены из материалов, приведенных в таблице 2-8.
Таблица 2-8
наименование деталей
|
материалы
|
внутренние оболочки цилиндра и сопла, гофр, огневое днище, среднее днище, все корпуса форсунок, сетки фильтров
|
Cт. Х18Н9Т
|
наружное сферическое днище, силовое кольцо, коллекторы, наружная цилиндрическая оболочка и оболочка докритической части сопла, соединительное кольцо цилиндрической и докритической частей камеры
|
Ст. 1Х17Н5М3
|
внутренняя оболочка докритической части сопла
|
сплав № 1
|
переходные кольца внутренней оболочки
|
Cт. 1Х21Н5Т
|
припой
|
Г40НХ
| |
Скачать 0.87 Mb.