Главная | Двигатели => МА-40 => МА-40-7
Двигатель МА-40-7 (Р-40-1)
Введение Испытание двигателя Параметры двигателя
Сборка двигателя Выводы

Введение В начало

Первый двигатель 40мм калибра. Просто нужно с чего-то начать, поэтому данное испытание будет пробным. За основу взят двигатель Р-20-16. Общая геометрия заряда и камеры сгорания просто масштабно увеличены вдвое от Р-20-16.

В результате сборки корпуса и отдельных его элементов возникла значительно более сильная усадка слоёв, что связано, видимо, с переходом на больший диаметр корпуса и относительным уменьшением толщины слоя ватмана. Из-за ненадёжности нити накаливания маленькой лампочки (она легко рвётся), пришлось отказаться от такого воспламенителя и снова воспользоваться запрещённым огнепроводным шнуром, так как разработка нормальной работоспособной электрической системы воспламенения затянулась… Отличительной особенностью конструкции является полностью бумажное исполнение с отсутствием тяжёлых керамических материалов в сопловой части. Головная и сопловые блоки полностью выполнены из пропитанного ватмана клеем, четыре цилиндрические обечайки – из простого ватмана. Всё связано вместе с помощью двух слоёв ватмана. В результате применения спиральных развёрток для конусных частей корпуса, обнаружилась сильная неточность в полученной геометрии.

Чертёж твердотопливного двигателя МА-40-7

Испытание двигателя МА-40-7 (Р-40-1) В начало

Температура воздуха на месте испытания +12°С.

На данном этапе испытаний было важно выявить возможные неучтённые недоработки конструкции и технологии двигателя, одновременно проведя его усовершенствование, связанного с удлинением корпуса, и повышением тяговооруженности. Несмотря на возникший прогар в районе сопла, данное испытание считаю успешным, так как самая большая опасность – неустойчивое горение для данного двигателя, действительно устранена.

Рисунок 1 - Догорание остатков топлива после отсечки тяги.
Догорание остатков топлива

Догорание небольших остатков топлива после расчётной работы двигателя. Данное явления было обусловлено, по всей видимости, геометрическим несовершенством профиля горения. Горящая поверхность волнообразна и далеко не идеально цилиндрическая или конусная. Это приводит к том, что, как только начинает оголяться внутренняя стенка корпуса двигателя, сразу же начинает быстро уменьшаться Кн двигателя и процесс горения резко прекращается, завершаясь полной остановкой, а то, что не догорело, догорает потом почти без давления.

Рисунок 2 - Отклонение газовой струи при перерасширении сопла.
Отклонение газовой струи

При запуске двигателя и наборе газового напора струя истекала через перерасширенное сверхзвуковое сопло, попеременно отклоняясь в разные стороны к его внутренним стенкам. Это было обусловлено тем, что вначале работы двигателя ещё не воспламенилась вся поверхность канала и давление сильно ниже режимного для установленной степени расширения сопла.

Рисунок 3 - Ровная работа керамического сопла.
Ровная работа керамического сопла

Дальнейшая работа сопла двигателя проходила без видимых вибраций, ровно и красиво. Сверхзвуковая часть сопла сразу же наполнилась газовым потоком после выхода двигателя на режим, и процесс истечения продуктов сгорания пошёл стационарно. Струя газа по ширине идеально точно совпала с выходным диаметром сопла на начальной стадии горения.

Но при этом возникла маленькая неприятность, связанная с разгерметизацией камеры сгорания двигателя в сопловом блоке. И на данном стоп-кадре можно увидеть внизу около газовой струи, сразу на выходе торца, где керамическое сопло вклеивается в бумажный корпус, начинается прорыв газов, последовавший за предварительно образовавшейся утечкой вдоль соединительного шва листа ватмана в бумажном корпусе на первом слое намотки.

Рисунок 4 - Возникновение утечки газов из камеры сгорания.
Утечка газов из камеры сгорания

Под конец работы двигателя утечка газов из камеры сгорания привела к полному местному разрушение оболочки корпуса керамического сопла, последовательно насквозь прошив всю её вдоль от стыка конического днища с соплом до самого его торца.

Параметры двигателя В начало

Данные о двигателе сведены в таблицу.

Таблица 1 - Параметры двигателя МА-40-7 под серийным номером Р-40-1.
Топливо
Двигатель Р-40-1
Окислитель NaNO3 (Нитрат натрия) - 58%
Окислитель примесь NH4NO3 (Нитрат аммония) - 1%
Горючее связующее C6H14O6 (Сорбит) - 30%
Добавка S(сера) – 11%
Конструктивные параметры
Внутренний диаметр корпуса, мм 40
Средний диаметр канала, мм 8
Длина заряда без конусных частей, мм 240
Полная длина канала, мм 306
Критический диаметр сопла, мм 12
Степень расширения сопла по диаметру (начальная ÷ конечная) 2,5
Начальный Кн 66
Конечный Кн 267
Масса корпуса двигателя (измеренная), г 85
Масса топлива двигателя (измеренная), г 480
Коэффициент массового совершенства 0,177
Коэффициент объёмного заполнения камеры двигателя топливом 0,955
Время воспламенения топлива, с 8,3
Расчётная нагрузка разрушения цилиндрических обечаек, кгс/см2 26
Расчётная разрывная нагрузка сегментов по оси для креплений, кгс/см2 12

Сборка двигателя В начало

Рисунок 5
Дивергентная часть сопла

Дивергентная часть сопла, выполненная из нескольких слоёв силикатного ватмана, образующих выходной конус соплового блока. Пока для упрощения было решено попробовать сделать такую конструкцию сверхзвукового сопла в расчёте на то, чтобы потом можно было менять сверхзвуковой насадок.

Рисунок 6
Дивергентная часть сопла

Сам сопловый блок представляет собой два конуса, сделанных из силикатного ватмана и соединённых между собой с помощью специальной лепестковой перемычки, которая удерживает их между собой неподвижно.

Рисунок 7
Дивергентная часть сопла

Порадовало то, что такую на первый взгляд непростую конструкцию удалось довольно просто и точно совместить при сборке всех деталей в единое целое без использования дополнительных технологических приспособлений. Но в будущем всё равно потребуется разработка технологического устройства для выставления соосности всех частей соплового блока.

Рисунок 8
Форма для заливки топлива

Для заливки топлива в сегменты двигателя была изготовлена дополнительная технологическая оснастка в виде шайбы и консольно закреплённой в ней каналообразующей оправки, изолированной при помощи газетной бумаги, пропитанной в концентрированном растворе нитрата натрия.

Рисунок 9
Заливка топлива в один из сегментов

Сама шайба изолировалась при помощи бумажного диска для облегчения съёма от застывшего топлива в шашке. Для изготовления коротких шашек с L/D = 1÷2 такого исполнения формующей оснастки без подпрессовки было достаточно.

Рисунок 10
Все сегменты двигателя

В результате заправки топливом всех сегментов двигателя всё получилось без проблем, за исключением коробления не защищенных поверхностей топлива, что в свою очередь исправлялось потом при помощи повторного поверхностного подплавления топлива с помощью излучательных источников тепла в виде обыкновенной 100Вт лампочки. Это позволяло минимизировать зазор между шашками отдельных сегментов.

Рисунок 11
Топливные шашки

Целью посегментного разделения шашек для заливки их топливом  в данном случае было то, что необходимо было обеспечить заправку всего двигателя при ещё недостаточных мощностях работы с топливом. Не было ещё возможности сделать заливку сразу всего двигателя, так не было закуплено соответствующее оборудование и не было ещё конкретной технологии для осуществления заправки сразу всего двигателя.

Но в целом всё получилось хорошо и достаточно быстро, что не очень пока обременяло.

Рисунок 12
Стыковка сегментов

Все сегменты двигателя стыковались при помощи слоя расплавленного сорбита, который выступал в качестве термоклея, который наиболее близок по своим свойствам к топливу и гарантирует высокую адгезию при соединении сегментов по торцевых поверхностям прямо по топливу.

Рисунок 13
Наложение внешнего корпуса

После того, как все сегменты двигателя были собраны вместе, они обклеивались снаружи листом ватмана, который держал всю продольную нагрузку корпуса, не давая развалиться сегментам.

Рисунок 14
Сопловый блок

Консольные лепестки внешнего корпуса удалось приклеить только с помощью нити, которая правда всё время сползала по конусу, но тем не менее очень помогла при их фиксации в момент схватывания клея. Так же наклеиваемый лист бумаги был пропитан жидким стеклом с краёв, к которым необходимо было приклеиваться к днищам корпуса. Это было необходимо сделать для того, чтобы обеспечить надёжное склеивание между собой заглушки и соплового блока так, чтобы они образовали между собой замкнутое и закрытое неразъёмное пространство, внутри которого были шашки с топливом.

Рисунок 15
Заглушка

Импровизированный фитиль для системы зажигания был изготовлен на скорую руку из обыкновенных ниток, пропитанных в концентрированном растворе нитрата натрия.

Рисунок 16
Готовый двигатель

Готовый двигатель впечатлял своими размерами. Несмотря на все первоначальные казусы его изготовления, в целом всё получилось очень аккуратно. Хотя получившийся корпус копией корпуса двигателя Р-20-16 не назовёшь - это уже совсем другой более облегчённых корпус.

Выводы В начало

"Разбор полётов". Повторить в увеличенном размере двигатель Р-20-16 не получилось даже близко. Режим работы двигателя оказался совсем не тем, каким ожидался и всё из-за мелких поспешных недочётов.

Схема работы двигателя МА-40-7 (Р-40-1)
  1. Необходимо заменить огнепроводную схему зажигания на электрическую. Только с помощью проводов можно пролезть в нужное место, где будет располагаться точка воспламенения.
  2. Необходимо заменить спиральную схему развёрток конических обечаек на послойную.
  3. Нужен более тщательный подход в целом к двигателю, спешка ничем хорошим не заканчивается.
SashaMaks © 28.07.2007
Любительские высотно-скоростные ракеты 1996-2016