Атлас. Атлас конструкций жрд. Описания. Часть I

• Название: Атлас конструкций жрд. Описания. Часть I
• Дата: 23.12.2018
• Размер: 0.87 Mb.
• Имя файла: Атлас.doc
• Тип: Документы; #61508
• страница: 35 из 36

Раздел IV. Двигатель КБ главного конструктора Степанова В.Г.

Камеры двигателя P201-300 (листы 60-62)

Двигатель предназначен для установки на крылатую ракету, запуск которой производится с самолета-носителя. Двигатель рассчитан на одноразовое применение и используется для разгона, набора высоты и горизонтального полета.

Двигатель начал разрабатываться в 1960 году и в настоящее время находится в серийном производстве.

В состав двигателя P201-300 входят две камеры (стартовая и маршевая), турбонасосный агрегат, газогенератор, пороховой стартер турбины и агрегаты системы автоматики (рис. 4-1).

Рисунок 4-1

На стартовом режиме работают обе камеры, затем одна камера отключается. Тяга маршевой камеры может изменяться.

Двигатель выходит на 95% тяги стартового режима за 1,3-3,: с, запуск обеспечивается до высоты 14 км.

Сухой вес двигателя не более 112 кг.

Таблица 4-1. Основные параметры двигателя

	режим работы двигателя
	стартовый	маршевый макс.	маршевый мин.
	две камеры	одна камера
Высота полёта, км	10	25	25
Тяга, кгс	8200	1250	600
Удельная тяга, с	262	255	255
Суммарный расход топлива, кг/с	32,21	5,29	2,46

Стартовая камера (листы 60, 61)

Основные параметры камеры

тяга, кгс:
– на высоте 10 км	7000
топливо:
– окислитель	АК-20И
– горючее	ТГ-02
секундный расход, кг/с:
– окислителя	20,74
– горючего	5,76
– суммарный	26,5
весовое соотношение компонентов топлива	3,6
коэффициент избытка окислителя	0,765
давление газов, кгс/см2:
– в камере сгорания	75
– на срезе сопла	0,556
удельная тяга, сек:
– на высоте 10 км	264
относительная расходонапряжённость сечения у головки, г/(с·см2·ата)	0,665
объём камеры сгорания, л	11,5
литровая тяга, кгс/л (на высоте 10 км)	609

Камера представляет собой паяно-сварную, неразъемную, охлаждаемую горючим конструкцию и состоит из головки, цилиндрической части с докритическим участком сопла и закритической части сопла.

Головка

Головка камеры сгорания состоит из двух плоских (5) и (6) и двух сферических (3) и (4) днищ и корпуса головки (7). На головке расположено 159 двухкомпонентных центробежных форсунок (1).

Полость окислителя находится между двумя плоскими днищами. Два сферических днища обеспечивают подвод окислителя от фланца, расположенного по оси камеры, к соответствующей полости. Сферические днища соединены между собой сваркой через стакан (2), к которому приварен и фланец подвода окислителя.

Полость горючего образована плоским (5) и сферическим (3) днищами.

Все днища приварены к точеному корпусу головки, в котором просверлены радиальные отверстия для прохода окислителя и осевые – для прохода горючего из охлаждающего тракта (лист 61, сеч. ББ). Перед этими отверстиями установлены сетчатые фильтры, предотвращающие засорение отверстий форсунок.

Схема расположения форсунок на головке и их геометрические размеры и параметры представлены на рис. 4-2. Ядро головки имеет расходонапряженность в 2,9 раза больше, чем в пристеночном слое, что обеспечивает устойчивую работу камеры сгорания при высоких давлениях.

Рисунок 4-2

Форсунки паяные и устанавливаются в днища с развальцовкой и последующей пайкой (место I), что обеспечивает прочность и герметичность соединения плоских днищ.

Кроме пристеночного слоя, создаваемого форсунками, у головки создается пояс завесы, предохраняющий стенку камеры от прогара. С этой целью в корпусе головки просверлено 36 отверстий, направляющих горючее на стенку (сеч. ВВ). Горючее подводится к поясу завесы из охлаждающего тракта через два штуцера (12), которые запрессованы в корпус головки и припаяны к нему. В эти штуцеры ввинчиваются фильтры (13). Под фильтр устанавливается жиклёр, который может быть заменен при настройке гидравлических трактов через штуцер (14) с пробкой (15).

На головке установлен штуцер замера давления окислителя перед форсунками (сеч. ЛЛ).

Цилиндрическая часть с докритическим участком сопла

Эта часть камеры состоит из двух оболочек: наружной и внутренней, спаянных между собой посредством гофрированных проставок.

Проставим имеют наклон гофров относительно образующей в пределах 40-50°, что увеличивает скорость охлаждающей жидкости. Толщина материала гофров 0,5 мм.

Оболочки изготовлены из двух частей каждая, т.е. имеют поперечные швы. В начале внутренней оболочки приварено точеное кольцо большей, чем оболочка, толщины, что обеспечивает надежную последующую приварку оболочки к корпусу головки.

Для повышения эффективности наружного охлаждения зазор между стенками имеет ступенчатый переход от величины 2,5 мм, до величины 2,15 мм в районе критического сечения сопла.

Наружная оболочка на цилиндрической части имеет толщину 3 мм.

На цилиндрической части камеры установлен штуцер замера давления в камере сгорания (сеч. ГГ).

Закритическая часть сопла

Эта часть камеры, также как и предыдущая, состоит из двух оболочек, соединенных между собой посредством гофровых проставок. Первая от критического сечения секция гофров имеет наклон каналов к образующей; остальные секции имеют продольное расположение гофров. Также имеется переход величины зазора от 2,15 до 2,5 мм.

К наружной оболочке закритической части сопла приварен коллектор подвода горючего, состоящий из двух штампованных частей. В коллектор вварено кольцо с отверстиями, увеличивающее жесткость коллектора.

Горючее, которое является охладителем камеры, подводится к фланцу, приваренному к литому тройнику (11), и затем по двум трубопроводам направляется в коллектор. Из коллектора через отверстия, просверленные в наружной оболочке, охлаждающая жидкость попадает в наружные каналы гофрированной проставки и разделяется на две части. Одна часть направляется к головке, а другая – к срезу сопла, где поворачивается во внутренние каналы гофров и возвращается к головке, охлаждая конец сопла.

На рис. 4-3 представлены результаты предварительного расчета охлаждения и гидравлических потерь в охлаждающем тракте стартовой камеры.

Рисунок 4-3

Соединение частей

Обе части корпуса камеры соединяются между собой сварным швом по внутренним оболочкам в критическом сечении. На этот шов накладывается секция гофра (с углом наклона каналов 65^О), состоящая из двух половин. Затем устанавливается подкладка (10) и накладка (9) и завариваются швы на наружных оболочках. Детали (9) и (10) состоят из двух частей. Сварка – аргоно-дуговая.

Затем производится вакуумирование межрубашечного пространства и пайка.

Соединение головки с корпусом камеры производится приваркой внутренней ободочки цилиндрической части камеры к корпусу головки и сваркой наружной оболочки с наружным сферическим днищем через накладку (8).

На накладке (8) устанавливается штуцер замера давления горючего перед форсунками (сеч. ММ).

Крепление камеры

Двигатель на ракете крепится тремя кронштейнами (16) (лист 61). Кроме того, на стартовой камере имеется кронштейн (17) со сферической опорой и две проушины (18), к которым крепится маршевая камера.

Испытания

Испытание камеры на прочность производится водой при давлении 120 кгс/см² и на герметичность – воздухом в водяной ванне при давлении 75 кгс/см² в течение 10 минут.

В процессе проливки подбираются необходимые сечения дроссельных шайб, установленных во фланцах подвода окислителя и горючего, а также жиклеров в узлах подвода горючего к поясу завесы.

Материалы

Основные детали камеры изготовлены из следующих материалов (таблица 4-2).

Таблица 4-2

Наименование деталей	Материал
детали головки и другие точеные детали; внутренняя оболочка	Ст. Х18Н9Т
гофрированные проставки	Ст. Х18Н10Т
наружная оболочка	Ст. 1Х21Н5Т
припои:
– для пайки форсунок	Г40НХ
– для пайки оболочек	Г70НХ

Маршевая камера (лист 62)

Таблица 4-3. Основные параметры

	старт.	марш. макс.	марш. мин.
тяга, кгс:	1200	—	—
– на высоте 10 км	—	1250	600
– на высоте 25 км
топливо:
– окислитель	АК-20И
– горючее	ТГ-02
секундный расход, кг/с:
– окислителя	3,66	3,86	1,85
– горючего	1,065	1,052	0,50
– суммарный	4,725	4,912	2,35
весовое соотношение компонентов топлива	3,44	3,66	3,70
коэффициент избытка окислителя	0,723	0,768	0,777
давление газов, кгс/см2:
– в камере сгорания	28,4	30,5	14,5
– на срезе сопла	0,182	0,194	0,0925
удельная тяга, сек:
– на высоте 10 км	254	—	—
– на высоте 25 км	—	255	255
относительная расходонапряжённость сечения у головки, г/(с·см2·ата)	0,764	0,730	0,735
литровая тяга, кгс/л (на соотв. высоте)	240	250	120
объём камеры сгорания, л	5

Маршевая камера состоит из четырех частей: головки, цилиндрической части, критического участка сопла и закритической его части.

Все эти части свариваются между собой при окончательной сборке камеры непосредственно по внутренним оболочкам, а по внешним оболочкам – с помощью накладок.

Головка

Головка маршевой камеры конструктивно выполнена так же, как и на стартовой камере, но отличается от нее размерами, числом форсунок и некоторыми другими деталями.

На головке расположено 55 двухкомпонентных центробежных форсунок. Схема расположения форсунок и их основные размеры показаны на рис. 4-4. Расположение: в центре – сотовое и по периферийной окружности.

Рисунок 4-4

На головке имеется кольцо завесы с отверстиями, направляющими горючее на стенку камеры сгорания. Горючее к поясу завесы поступает из коллектора в конце охлаждающего тракта через один штуцер. Конструкция его аналогична конструкции таких же штуцеров стартовой камеры.

К сферическому днищу головки приварен штуцер замера давления окислителя перед форсунками, а на накладке, соединяющей головку с цилиндрической частью камеры, штуцер замера давления горючего перед форсунками (сеч. ВВ).

Цилиндрическая часть камеры

Оболочки этой части камеры связаны между собой пайкой через три секции гофрированных проставок с наклонными, по отношению к образующей, каналами.

Проставки большей длины имеют поперечные кольцевые проточки, связывающие наружный и внутренний каналы гофров. Это обеспечивает большую равномерность температуры охлаждающей жидкости по периметру сечения.

На цилиндрической части камеры установлен штуцер замера давления в камере сгорания (сеч. ГГ).

Критический участок сопла

Внутренняя оболочка этого участка выполнена в виде биметаллической вставки. Она состоит из стальной стенки и бронзовой, в которой профрезерованы продольные каналы.

Стальная стенка изготавливается из листового материала и имеет в заготовке цилиндрический участок после сечения, где диаметр достигает величины D_КР. На наружную поверхность такой стенки в специальном приспособлении наплавляется бронза. Затем производится ее механическая обработка: токарная до получения заданной толщины биметаллической оболочки и дисковой фрезой прорезаются каналы таким образом, чтобы толщина ребра по всей длине была одинаковой. В докритической части этого участка введены дополнительные укороченные ребра переменной толщины с тем, чтобы не увеличивать шаг ребер выше допустимой (с точки зрения условий прочности и охлаждения) величины.

После этого внутренняя оболочка вставляется в наружную, закритическая часть первой развальцовывается до соприкосновения с внутренней поверхностью второй, и производится их пайка по вершинам ребер.

Закритическая часть сопла

Эта часть камеры состоит из двух стальных оболочек, спаянных между собой через гофрированные проставки. Первая (от критической части) проставка имеет наклонные к образующей каналы.

Наружная оболочка собирается из двух частей, так что между ними образуется щель. Части оболочки соединяются накладкой.

Затем производится сборка и пайка закритической части сопла (с вакуумированием межрубашечного пространства).

После этого в накладке прорезается щель большей ширины, чем между частями наружной оболочки (чтобы не повредить гофрированной проставки), и к накладке приваривается коллектор подвода охладителя.

Система охлаждения

Некоторые основные размеры охлаждающего охлаждения. тракта показаны на рис. 4-5. На рис. 4-6 показаны результаты расчета охлаждения маршевой камеры на стартовом и минимальном маршевом режимах.

Рисунок 4-5

Рисунок 4-6

Крепление камеры

К головке камеры приварен кронштейн, а на коллекторе подвода горючего – две проушины, с помощью которых маршевая камера прикрепляется к стартовой.

Материалы

Основные детали маршевой камеры изготовлены из следующих материалов (табл. 4-4).

Таблица 4-4

Наименование деталей	Материал
детали головки и другие точеные детали; внутренняя оболочка (в т.ч. и критического участка сопла)	Ст. Х18Н9Т
наплавка критического участка сопла	бронза БрХ0,8
гофрированные проставки	Ст. Х18Н10Т
наружная оболочка	Ст. 1Х21Н5Т
припои:
– для пайки форсунок	Г40НХ
– для пайки гофров к оболочкам	Г70НХ
– для пайки биметаллической оболочки	ПМ-17