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: 9 из 36

Газогенератор двигателя РД-107

Газогенератор работает по принципу каталитического разложения маловодной перекиси водорода в присутствии твердого катализатора. Образующийся в результате разложения перекиси водорода парогаз является рабочим телом турбины.

Основные параметры газогенератора

компоненты газогенерации:
– перекись водорода (стабилизатор – стоннат натрия с пирофосфатом натрия); концентрация по весу, %%	82±0,5
– твёрдый катализатор, марка	Ж30-00
расход перекиси водорода, кг/с	8,8
удельная нагрузка, (кг/с перекиси водорода)/(кг катализатора)	3,8
время непрерывной работы, не менее, с	140
давление парогаза на выходе из газогенератора, ата	55
температура парогаза на выходе из газогенератора, °К	833
вес газогенератора (с катализатором), кг	19,5

Конструкция и работа газогенератора идентичны конструкции и работе газогенератора двигателя РД-214 (см. лист 3 и описание газогенератора двигателя РД-214).

Камера двигателя РД-111 (листы 11…13)

Двигатель РД-111 предназначен для первых ступеней дальних баллистических ракет. Разработка двигателя велась в период 1959-1962 гг.

Двигатель РД-111 четырехкамерный. Управление вектором тяги двигателя в полете ракеты осуществляется путей попарного качания камер относительно двух взаимно перпендикулярных осей, лежащих в плоскости, перпендикулярной оси двигателя. Угол качания камер составляет ±6°30’.

Двигатель состоит из четырех камер, одного ТНА, газогенератора, комплекта агрегатов системы автоматики, узлов и деталей общей сборки, узлов качания и рамы.

Четыре камеры равномерно располагаются по окружности и крепятся опорными цапфами (расположенными в средней части камер) в подшипниках узлов качания, укрепленных на раме.

Подвод компонентов топлива к камерам производится по трубопроводам, имеющим гибкие элементы – гофрированные металлические шланги. Геометрические центры шлангов совпадают с осями качания соответствующих камер. Такое расположение обеспечивает минимальное изменение объема шлангов при изгибах.

Номинальная тяга двигателя у земли на режиме главной ступени с учетом силы тяги сопла, работающего да выхлопных газах турбины, составляет 143,5 тс. Удельная тяга 275 с. Вес двигателя 1492 кг.

Основные параметры камеры

тяга, тс:
– у земли (номинальная, на режиме главной ступени)	35,4
– в пустоте	40,6
топливо:
– окислитель	ЖК
– горючее	Т-1
секундный расход, кг/с:
– окислителя	90,7
– горючего	35,6
весовое соотношение компонентов топлива	2,55
коэффициент избытка окислителя	0,757
давление газов, ата:
– в камере сгорания	80
– в выходном сечении сопла	0,6
удельная тяга, сек:
– у земли	280,5
– в пустоте	321,9
относительная расходонапряжённость сечения у головки, г/(с·см2·ата)	1,08
объём камеры сгорания до критического сечения, л	43
время пребывания продуктов сгорания в камере, мс	3
литровая тяга, кгс/л	586,5
коэффициент полноты давления в камере	0,985
коэффициент полноты удельной тяги	0,945
масса камеры, кг	137,4

Камера (листы 11,12) представляет собой паяно-сварную неразъемную конструкцию и состоит из короткой цилиндрической камеры сгорания с плоской форсуночной головкой и профилированного сопла. Профиль закритической части сопла выполнен с угловым входом, по оптимальному, с точки зрения дальности полета ракеты, контуру.

В средней части камеры установлен бандаж с двумя опорными цапфами и противопожарный сферический экран.

Основные технологические узлы

В процессе производства камера разбивается на четыре узла: головку (1), среднюю часть камеры (2), включающую цилиндрическую часть, сопло и первую секцию закритической части сопла, и две секции закритической части сопла – вторую (3) и третью (4).

Форсуночная головка

На головке (лист 13) установлены 933 однокомпонентные центробежные форсунки с тангенциальными входными отверстиями, в том числе 453 форсунки окислителя (поз. 7) и 480 форсунок горючего (поз. 5 и 9). Форсунки расположены в шахматной порядке с переходом на круговое расположение в периферийной зоне.

Форсунки припаяны твердым припоем к огневому днищу (8) я среднему днищу (6), образующим совместно с силовым колъцом (3) полость горючего.

Среднее днище соединяется с силовым кольцом головки при помощи сварки (см. место I). Внутреннее днище (8) связано с силовым кольцом (3) при помощи 60 штифтов (4), установленных на периферии головки. Технологические сверления в штифтах выполнены для выхода воздуха из полости под штифтом при пайке головки. Три штифта, расположенные под углом 120°, снабжены технологическими втулками, используемыми при сборке узла.

Полость окислителя образована силовым кольцом (3), средним днищем (6) и секциями наружного сферического днища (2). Подвод окислителя осуществляется через патрубок (11) с фланцем (12).

Для придания головке необходимой жесткости и прочности среднее (6) и наружное (2) днища соединены между собой через две кольцевые перегородки (1) и четыре ребра (10). Форсунки горючего (9), расположенные под ребрами, выполнены с укороченным корпусом, за счет этого схема смесеобразования не нарушается.

Работы по обеспечению устойчивого рабочего процесса и достижению высокой полноты сгорания велись на форсуночных головках с однокомпонентными, двухкомпонентными центробежными и струйноцентробежными форсунками (в широком диапазоне изменения перепадов давления на форсунках) и на камерах, имеющих длину цилиндрической части от 430 до 130 мм.

Оказалось возможным существенно уменьшить длину цилиндрического участка камеры, что существенно снизило вес. Кроме того, лучшие результаты по устойчивости при достаточно высокой удельной тяге были получены при форсуночной головке с большим числом однокомпонентных форсунок и разбивкой на классы при расширенной разнице между расходами соседних классов.

Форсунки горючего, расположенные в ядре форсуночной головки, и все форсунки окислителя разбиты на три класса и равномерно расположены по площади головки. Разница между расходами соседних классов одноименных форсунок составляет ±10%.

Схема расположения форсунок на головке, их характеристики и геометрические параметры приведены на рис. 1-24- и 1-25.

Рисунок 1.24

Рисунок 1.25

На силовом кольце головки (см. лист 12) установлены штуцера для замера давления окислителя перед форсунками (сеч. ВВ) и биметаллический штуцер, соединенный через сверление в штифте с внутрикамерной полостью, для замера давления газа в камере сгорания при стендовых испытаниях (сеч. ГГ). Так как в ряде случаев имели место прогары форсуночной головки в районе установки штуцера, в лётных условиях замер давления газа производится через биметаллический переходник с приваренной к нему биметаллической трубкой, см. сеч. СС. Массивная бронзовая втулка и корпус переходника, а также отсутствие разъема между переходником и трубкой (см. вид на листе 11) обеспечивают высокую надежность соединения. При работе двигателя в полете замер давления газа ведется только на одной из четырех камер.

К силовому кольцу головки приварены также кронштейны крепления шланга окислителя перед его сочленением с входным патрубком головки и кронштейн с площадкой под вибродатчик.

Средняя часть камеры

Внутренняя профилированная стенка средней части камеры оребрённая (лист 11, сеч. ДД), выполнена из теплопроводного материала и соединяется пайкой по вершинам ребер со стальной рубашкой, состоящей из четырех частей.

Участок рубашки докритической части сопла выполнен в виде усиленного опорного пояса для крепления бандажа с опорными цапфами, при помощи которых обеспечивается качание камеры. Два сварных шва соединяют бандаж с опорным поясом непосредственно, два – через соединительные кольца. Отверстия в бандаже служат для суфлирования внутренних полостей пояса с атмосферой.

Противопожарный сферический экран, состоящий из двух половин, соединяющихся винтами через прокладки (см. сеч. ММ), укрепляется на кольце, выполняющем роль рубашки критической области сопла.

Узловой чертеж средней части (без бандажа) и рабочий чертеж стенки даны на листе 14 ³). Рабочие чертежи всех четырех частей рубашки приведены на листе 15. На листе 16 дан рабочий чертеж бандажа с цапфами.

Вторая секция закритической части сопла

Внутренняя стенка выполнена из бронзы и имеет рёбра (лист 11, сеч. ЛЛ) с уменьшающейся по мере удаления от критического сечения высотой (что несколько снижает вес камеры). Половина ребер на участке длиной L  100 мм (считая по оси сопла) выполнены укороченными. Высота ребер плавно меняется от 4,9 мм до 3,7 мм, а на участке с удвоенным количеством ребер – от 3 мм до 2,7 мм.

Рубашка состоит из трех частей: собственно рубашки и двух переходных колец, привариваемых к торцам рубашки. По вершинам ребер стенка припаивается к рубашке.

Третья секция закритической части сопла

На малонапряженном в тепловом отношении участке закритической части сопла поставлена стальная стенка, выполненная из листового материала. Для улучшения условий сварки начальный участок стенки выполнен из пластичной стали, хорошо сваривающейся с бронзой. У среза сопла к стенке приварено замыкающее фасонное кольцо.

Стенка соединяется с рубашкой через гофрированную проста-вку. Рубашка третьей секции закритической части сопла состоит из переходного кольца, двух участков рубашки, соединенных через кольцо коллектора, и замыкающего кольца рубашки у среза сопла. Замыкающие кольца стенки и рубашки соединяются сварным швом.

К замыкающему кольцу рубашки приварены четыре бобышки. Одна из бобышек соединена сверлением с межрубашечной полостью ж служит для слива горючего. К бобышке, выполненной с торцом, параллельным оси сопла, крепится пирозажигательное устройство.

К кольцу коллектора, в котором имеется два ряда отверстий для прохода охлаждающей жидкости, приварен коллектор с одним патрубком, снабженным фланцем. В патрубке для повышения прочности поставлено ребро. Коллектор устанавливается эксцентрично оси камеры, что несколько снижает вес конструкции. Разница в положении центров двух эксцентрично расположенных контурных окружностей составляет 8,5 мм. Для обеспечения равномерного распределения жидкости по периметру сопла в коллекторе поставлена перегородка, выполненная в виде незамкнутого в районе входного патрубка кольца. Перегородка приварена к стенкам коллектора концентрично относительно кольца коллектора. В перегородке выполнено 110 равномерно расположенных отверстий диаметром d = 12 мм для прохода горючего.

Узловой чертеж третьей секции закритической части сопла и рабочие чертежи одного из участков стенки и гофрированной проставки приведены на листе 17.

Соединение узлов камеры

Узлы камеры соединяются между собой, как и на камере двигателя РД-107, при помощи сварки внутренних стенок встык и рубашек через соединительные кольца, состоящие каждое из двух полуколец (лист 11).

На листе 20 даны рабочие чертежи мест соединения узлов камеры до постановки соединительных колец и после постановки, перед их приваркой.

Соединение форсуночной головки с узлом средней части показано на позициях Д и Е. Соединение узла средней части с узлом второй секции закритической части сопла – на позициях Ж и З. Соединение узлов второй и третьей секций закритической части сопла – на позициях И и К.

Рабочий чертеж полукольца, соединяющего узлы средней части камеры и второй секции закритической части сопла, дан на листе 15.

Система охлаждения

Охлаждение камеры осуществляется горючим. Горючее через входной патрубок коллектора и через сверления в кольце коллектора поступает в канавки гофрированной проставки, примыкающие к рубашке. Меньшая часть горючего (11,0 кг/с) идет к срезу сопла и возвращается обратно по канавкам, примыкающим к огневой стенке. Остальная часть горючего (24,6 кг/с) идет в сторону критического сечения. В конце гофрированной проставки оба потока соединяются и продолжают движение в сторону форсуночной головки. Из межрубашечного пространства горючее поступает в полость горючего головки к форсункам. Для замера давления горючего служит штуцер, установленный на соединительном кольце (см. сеч. ЕЕ, лист 12).

Давление горючего при входе в патрубок коллектора 109 ата, перед форсунками – 91,7 ата.

Результаты расчета охлаждения и гидравлического расчета одного из вариантов камеры приведены на рис. 1-26. Расчеты выполнены для постоянного соотношения компонентов в пристеночном слое æ_СТ = 1,61 ( _СТ = 0,478).

Рисунок 1.26

Напряжения и запасы прочности

Расчетные значения напряжений, деформаций и запасов прочности в оболочках одного из вариантов камеры приведены в таблице 1-11. Расчетная схема дана на рис. 1-27.

Таблица 1-11

Рисунок 1.27

Узлы качания

Камера установлена на двух узлах качания: наружном и внутреннем (лист 18).

Наружный узел качания состоит из корпуса (1), в котором устанавливается двухрядный сферический подшипник (3). Подшипник закрепляется гайкой на опорной цапфе (4) бандажа камеры. Для обеспечения возможности компенсации температурных и механических деформаций подшипник ставится с осевым зазором между внешней обоймой и торцом корпуса.

Корпус наружного узла литой, изготовлен из стали, крышка – из деформируемого алюминиевого сплава.

На корпусе наружного узла имеется прилив для установки регулируемых элементов узла фиксации номинального положения камеры.

Фиксатор (6) устанавливается одновременно во втулку (7) узла качания и втулку кронштейна (5), приваренного к бандажу камеры. Пружина (11) удерживает фиксатор от случайного выпадания, кольцо (12) служит для удаления фиксатора. Подшипник (8) и втулка (7) представляют собой пару эксцентриков. Перемещение оси втулки при регулировке достигается вращением втулки и подшипника относительно друг друга и относительно корпуса узла качания. Закрепление втулки после регулировки производится с помощью винтов (9) и гайки (10) с контровочной шайбой.

Внутренний узел качания по конструкции аналогичен наружному узлу. Отличие заключается в следующем: отсутствует узел фиксации номинального положения камеры, подшипник (3) в корпусе (1) устанавливается без осевых эазоров, за счет чего обеспечивается фиксация камеры по оси качания; крышка (2) является силовым элементом.

Кронштейны для фиксации камеры в нулевом положении и для крепления тяги рулевой машинки показаны на листе 12 (см.вид на головку и по стрелке Э) и на листе 11 (см. продольный разрез и вид по стрелке Е).

Материалы

Для изготовления основных деталей камеры и узла качания применяются материалы, приведенные в таблице 1-12.

Таблица 1-12

Наименование деталей	Материал
Внутренние стенки средней части и второй секции сопла, внутреннее днище форсуночной головки, форсунки, штифты	бронза БрХ0,8
Детали форсуночной головки: среднее и наружное днища, силовое кольцо, кольцевые перегородки, ребра, патрубок и фланец. Соединительное кольцо форсуночной головки с средней частью; перегородка в коллекторе на третьей секции сопла; штуцеры	Ст. ЭИ-654
Втулки биметаллических штуцеров	сплав №5
Кольцо цилиндра, рубашка цилиндра, детали опорного пояса, бандаж с цапфами, кронштейн крепления тяги рулевой машинки, кронштейн фиксатора камеры в нулевом положении	Ст. 12Х2НВФА
Кольцо средней части (рубашка области критического сечения)	Ст. 25
Стенка сопла (1 участок 3-й секции), кольца рубашек, рубашки сопла, соединительные кольца, фланец подвода горючего	CT.1Х21H5T
Стенка сопла (2 участок 3-й секции), замыкающее кольцо стенки, коллектор и патрубок подвода горючего, ребро в патрубке горючего	Ст. Х18Н10Т
Корпус узла качания	Ст. 12Х2НВФЛ
Крышка наружного узла качания	ал.сплав Д16АМ
Крышка внутреннего узла качания	ал.сплав АЛ4
Противопожарный экран	титан.сплав 0Т4
Гофрированная проставка сопла	Ст. 10КП
Припои:
– для пайки форсунок и штифтов	ПСр37,5
– для пайки средней части и второй секции сопла	ПСрМНЦ38
– для пайки третьей секции сопла	Г70НХ

Пирозажигательное устройство

Для воспламенения компонентов топлива в камере служит пирозажигательное устройство (ПЗУ), используемое одновременно и для герметизации полости камеры сгорания.

На штативе ПЗУ закреплены 2 группы пиропатронов (по 3 пиропатрона в группе) и сигнализаторы, свидетельствующие о нормальном процессе горения пиропатронов.

В критическом сечении камеры устанавливается герметизирующая заглушка, подкрепленная пружиной, с мембраной из электропроводного материала, выгорающего при запуске двигателя.