Газогенератор двигателя РД-218
Газогенератор двигателя РД-218 идентичен газогенератору двигателя РД-219, имеется лишь незначительное отличие в параметрах.
Узлы соединений элементов камер двигателей РД-214- и РД-219 (лист 7)
На листе 7 показаны узлы соединения элементов камер. Позиции А, Б и Е относятся к камере двигателя РД-214. Позиции В, Г, Д и Ж – к камере двигателя РД-219.
Камера двигателя РД-107 (листы 8, 9)
Двигатель РД-107 предназначен для первых ступеней МБР и РН. Разработка двигателя началась в 1955 г. С 1959 г. двигатель находится в серийном производстве.
Двигатель РД-107 являлся составной частью двигательных установок первой в мире МБР и РН, с помощью которой в октябре 1957 г. был запущен первый ИСЗ.
Двигатель многокамерный, состоит из четырех камер, ТНА, парогазогенератора, испарителя азота (азотом наддуваются баки ракеты), комплекта агрегатов автоматики, узлов и деталей общей сборки и двух рулевых агрегатов. Каждый рулевой агрегат состоит из рулевой камеры с узлами подвода компонентов топлива, являющихся одновременно опорами камеры, обеспечивающими возможность ее качания. Рулевые агрегаты служат для управления полетом ракеты.
Четыре основных камеры равномерно располагаются по окружности и крепятся за головные части к одной раме. Каждая камера крепится к раме с помощью трех шаровых опор. В процессе сборки двигателя обеспечивается определенное, с жестким допуском, положение осей камер относительно верхней базовой плоскости рамы. Таким путем достигается заданное направление вектора тяги четырехкамерного двигателя при его работе. Взаимное перемещение сопловых частей камер ограничивается донной защитой в хвостовом отсеке ракеты, соединяемой с обечайками, приваренными к рубашкам сопел камеры на расстоянии
500 мм от среза сопел.
Основные параметры камеры
тяга, тс:
|
|
– у земли (номинальная, на режиме главной ступени)
|
19,2
|
– в пустоте
|
23,6
|
топливо:
|
|
– окислитель
|
ЖК
|
– горючее
|
Т-1
|
секундный расход, кг/с:
|
|
– окислителя
|
52,2
|
– горючего
|
20,8
|
весовое соотношение компонентов топлива
|
2,51
|
коэффициент избытка окислителя
|
0,745
|
давление газов, ата:
|
|
– в камере сгорания
|
59,7
|
– в выходном сечении сопла
|
0,4
|
удельная тяга, сек:
|
|
– у земли
|
263,4
|
– в пустоте
|
320,3
|
удельный импульс давления, сек
|
176,6
|
относительная расходонапряжённость сечения у головки, г/(с·см2·ата)
|
0,84
|
объём камеры сгорания до критического сечения, л
|
85
|
время пребывания продуктов сгорания в камере, мс
|
5,59
|
литровая тяга, кгс/л
|
226,2
|
коэффициент полноты давления в камере
|
0,968
|
коэффициент полноты удельной тяги
|
0,938
|
масса камеры, кг
|
142,7
|
Камера выполнена в виде паяно-сварной неразъемной конструкции и состоит из цилиндрической камеры сгорания с плоской форсуночной головкой и профилированного сопла.
Форсуночная головка
На форсуночной головке (лист 9) установлено 277 двухкомпонентных центробежных форсунок (7), равномерно расположенных по девяти концентрическим окружностям с одной форсункой в центре, и 60 однокомпонентных центробежных форсунок (8) в периферийном ряду.
Все двухкомпонентные форсунки одинаковы по конструкции и выполнены с двумя полностью раскрытыми, соосно расположенными полостями: внутренней для подачи окислителя, наружной – для горючего. Во избежание попадания окислителя в полость горючего стенки внутренней полости удлинены. Встреча компонентов происходит на расстоянии 1…2 мм от торца форсунки в полости камеры сгорания.
Схема расположения форсунок на головке и их геометрические параметры приведены на рис. 1-15 и 1-16.
Рисунок 1.15
Рисунок 1.16
Эпюра распределения окислителя на выходе из центральной полости двухкомпонентной форсунки достаточно равномерна. В то же время, из-за большого диаметра открытой полости горючего, эпюра распределения горючего на выходе из форсунки имеет ярко выраженные максимумы и минимумы, совпадающие с количеством тангенциальных входов (эпюры построены по данным проливок на воде; пунктиром указаны номинальные расходы через форсунку). При принятой геометрии камеры сгорания такое распределение компонентов не ухудшает полноту процесса сгорания. В то же время, благодаря внесению отличий в характер выгорания компонентов по периметру факела распыла форсунок, возникающая неравномерность ведет к повышению устойчивости рабочего процесса.
Все двухкомпонентные форсунки разбиты по расходу на девять классов (для каждой полости установлено по три градации расхода). Деление форсунок на классы благоприятно влияет на устойчивость и позволяет ограничить разброс перепадов давления на головках очень узкими пределами (с точностью ±0,2%), стабилизируя тем самым характеристики системы смесеобразования. Форсунки девяти различных классов равномерно распределяются по площади головки (см. схему рис. 1-15).
Однокомпонентные центробежные форсунки периферийного ряда по наружной конфигурации близки к двухкомпонентным. Благодаря наличию сопла, эпюра распыла горючего этими форсунками более равномерна.
Все форсунки припаяны твердым припоем к плоским внутреннему (огневому) днищу (1) и среднему днищу (2), образующим совместно с силовым кольцом (6) полость горючего. На периферии внутреннее днище подкреплено двумя рядами штифтов (9), на части которых установлены дистанционные втулки, регламентирующие величину зазора между днищами при сборке. В штифтах крайнего ряда, устанавливаемых в глухие отверстия силового кольца, имеются технологические каналы для выхода воздуха при пайке.
Полость окислителя образована силовым кольцом (6), средним днищем (2) и секциями наружного сферического днища (5). Подвод окислителя осуществляется через патрубок с фланцем (3), расположенный в центре головки.
Для увеличения жесткости и прочности головки между средним и наружным днищами установлены две кольцевые перегородки (4) с отверстиями для прохода окислителя. В местах установки перегородок расстояние между рядами форсунок увеличено до 20 мм; расстояние между остальными рядами форсунок составляет 16,5…17 мм.
На силовом кольце (6) установлены три штуцера. Два штуцера предназначены для замера давления газа в камере сгорания и сообщаются с огневой полостью через отверстия в штифтах крайнего ряда (сеч. ЦЦ, лист 8). Третий штуцер сообщается с полостью окислителя (сеч.АА) и служит для замера давления окислителя перед форсунками. Штуцер замера давления горючего перед форсунками установлен на соединительном кольце 11 (сеч. ВВ).
На цилиндрическом участке камеры установлена гладкая внутренняя стенка (15), соединяемая с рубашкой (13) через гофрированную проставку (14). Более теплонапрякенная профилированная стенка (16) имеет фрезерованные ребра, образующие каналы для протекания охлаждающей жидкости. По верхушкам ребер стенка припаивается к рубашке (17).
Участок сварного шва стенок (15) и (16) поддерживается гофрированной проставкой (14) (место 1), что существенно облегчает условия его работы. На торцах рубашки, включающей секции (13) и (17), имеется два переходных кольца (12) и (18), по которым рубашка сваривается с форсуночной головкой через соединительное кольцо (11) и с закритической частью через соединительное кольцо (19).
Обе секции рубашек и стенка (16) выполнены из листового материала путем глубокой вытяжки и не имеют продольных сварных швов. Стенка (15) имеет один продольный сварной шов; замыкающий продольный шов гофрированной проставки выполняется пайкой твердым припоем (сеч. ДД).
Закритическая часть сопла
Контур закритической части сопла спрофилирован по дуге окружности.
Внутренняя стенка состоит из оребренной (22) и гладкой (25) секций. На участке гладкой стенки установлены две гофрированные проставки (24). Для повышения надежности кольцевой шов между оребренным и неоребренным участками внутренней стенки выполняется под гофрированной проставкой (место Ш).
Наружная рубашка включает две штампованные секции (21) и (27), соединенные через кольцо коллектора (26), и переходное кольцо (20), установленное на торце секции (21).
Стенка (22) выполнена без продольного сварного шва; остальные детали могут изготавливаться со сварными швами.
На срезе сопла установлено замыкающее кольцо (28), на котором приварены три бобышки. К двум противоположно расположенным бобышкам крепится штатив пирозажигательного устройства; третья, сообщающаяся с полостью зарубашечного пространства, служит для слива горючего и глушится пробкой (место V).
Коллектор (26) состоит из кольца и двух секторов, соединенных двумя патрубками. Горючее подводится к патрубкам через два трубопровода с штуцерами. В кольце коллектора выполнено два ряда отверстий для прохода горючего в межрубашечнсе пространство.
К рубашке сопла приварена противопожарная перегородка (23) с обечайкой и удерживающей лентой, обеспечивающей необходимую плотность в местах стыка с донной плитой хвостового отсека ракеты. В местах прохода трубопроводов горючего через перегородку имеются узлы уплотнения.
Соединение частей
Соединение средней части камеры с закритической частью сопла осуществляется путем сварки внутренних стенок (16) и (22) по торцам и приварки соединительного кольца (19) к переходным кольцам (18) и (20) наружных рубашек обеих частей. Стык внутренних стенок отнесен из критического сечения в закритическую часть сопла (место II) из соображений более надежного охлаждения сварного шва внутренней стенки. Для разгрузки шва от возможных усадочных деформаций швов приварки соединительного кольца (19), на кольце сделаны специальные бурты (К). Со стороны внутренней стенки кольцо спрофилировано с целью обеспечения заданной величины зазора для прохода охлаждающей жидкости (создания определенной скорости охладителя). Кольцо (19) составляется из двух полуколец, свариваемых при приварке соединительного кольца к частям камеры.
Форсуночная головка приваривается к внутренней стенке цилиндрической части по отбортовке внутреннего днища 1. Отбортовка имеет кольцевую проточку (лист 9, место VI), предотвращающую вытекание шва в полость камеры сгорания. Для выхода воздуха из проточки при сварке предусмотрены 12 пазов треугольного профиля (глубиной 0,5 мм и шириной 0,7 мм) (см.сеч. ГГ). Приварка силового кольца (6) головки к переходному кольцу(12) наружной рубашки цилиндрической части осуществляется через соединительное кольцо (11).
Узлы крепления
Для крепления камеры к раме двигателя служат три стакана шаровых опор (10), приваренные к силовому кольцу головки и переходному кольцу цилиндрической части камеры.
Защитные покрытия
Все открытые поверхности камеры защищаются от коррозии лакокрасочными покрытиями. Резьба и уплотнительные поверхности защищены смазкой. Внутренняя стенка полируется.
Система охлаждения
Наружное охлаждение внутренней стенки охлаждения. камеры осуществляется горючим. Горючее, подведенное через коллектор (26) и отверстия в кольце коллектора в зарубашечное пространство, разделяется на два потока. Один поток по каналам между рубашкой и гофрированной проставкой, направляется в сторону форсуночной головки. Второй поток по таким же каналам доходит до среза сопла и возвращается обратно по каналам, образованным гофрированной проставкой и внутренней стенкой. В месте стыка гофрированных проставок оба потока соединяются (место IV) и направляются в сторону головки.
Внутреннее охлаждение осуществляется за счет установки на периферии головки одного ряда однокомпонентных форсунок горючего. Двухкомпонентные форсунки последнего ряда располагаются в тех же диаметральных плоскостях, что и однокомпонентные форсунки. Кроме того, в двухкомпонентных форсунках введена определенная ориентация тангенциальных отверстий окислителя относительно отверстий горючего, а также ориентация форсунок трех периферийных рядов относительно диаметральных плоскостей форсуночной головки.
Параметры охлаждения по длине камеры и схема расположения ребер и гофрированных проставок представлены на рис. 1-17. Расчеты выполнены для постоянного соотношения компонентов в пристеночном слое æСТ = 1,25 ( СТ = 0,37). Относительный расход топлива в пристеночный слой составляет
14%.
Давление жидкости в различных сечениях межрубашечного тракта и гидравлические сопротивления отдельных участков показаны на графике рис. 1-17.
Рисунок 1.17
Материалы
Для изготовления основных деталей камеры применяются следующие материалы, табл.1-6.
Таблица 1-6
Наименование деталей
|
Материал
|
Внутренние стенки, внутреннее днище
|
бронза БрХ0,8
|
Форсунки, штифты
|
бронза БрХ0,8-тян
|
Гофрированные проставки
|
сплав №5 (на медной основе)
|
Днища среднее и наружное, патрубок окислителя с фланцем; силовые перегородки; силовое кольцо головки; соединительное кольцо головки с цилиндрической частью; бобышки; штуцера
|
Ст. ЭИ-654
|
Соединительное кольцо частей сопла; втулки; трубы
|
Ст. X18HI0T
|
Переходные кольца рубашки; рубашка за-критической части сопла
|
Ст. 12Х2НВФА
|
Рубашка цилиндрической и докритической частей
|
Ст. 21Х2НВФА
|
Стакан шаровой опоры
|
Ст. 20
|
Припои:
|
|
– для пайки форсунок и штифтов
|
ПСр37,5
|
– для пайки узлов камеры сгорания и сопла
|
ПСрМНЦ-38
|
Покрытия:
|
|
– для наружной поверхности камеры
|
эмаль №9
|
– для внутренней поверхности сопла
|
лак AK-5I
|
– для резьб и уплотнительных поверхностей
|
смазка ЦИАТИМ-205
|
Напряжения и запасы прочности
В таблице 1-7 даны расчетные значения напряжений и запасов прочности рубашки и внутренней стенки в характерных сечениях по длине камеры; сечения указаны на рисунке 1-18.
Таблица 1-7
Рисунок 1.18
Пирозажигательное устройство
Для воспламенения компонентов топлива служит пирозажигательное устройство – ПЗУ (рис. 1-19). ПЗУ устанавливается в камере на деревянном штативе. Штатив выполнен в виде крестовины и состоит из стойки (4) с бобышкой (6) и укрепленными на стойке перекладиной (5) и основанием (8). В верхней части штатива на стойке укрепляются два пиропатрона (1) и сигнализатор воспламенения (2). Внутри стойки имеется паз, в котором проложены электрические провода, заканчивающиеся штепсельной вилкой (9), и размещена пружина (7) сигнализатора воспламенения.
Пиропатроны прикреплены к стойке хомутами (3) так, что их сопловые отверстия направлены на сигнализатор воспламенения, укрепленный между ними. Пружина (7) обеспечивает постоянное натяжение сигнализатора воспламенения. Сигнализатор воспламенения выполнен из латунной проволоки Л-62. При перегорании проволок пружина разъединяет части сигнализатора,обеспечивая надежное размыкание его цепи.
Рисунок 1.19
|
Скачать 0.87 Mb.