Главная | Двигатели => МА-40 => МА-40-5
Двигатель МА-40-5 (Р-40-3-3 Третья модификация)
Введение Испытание двигателя Параметры двигателя
Двигатель после испытания Сборка двигателя Выводы

Введение В начало

В данном двигателе впервые реализовано новое решение о применении скреплённого заряда в двигателе, которое позволяет обойтись без бронировки задней поверхности топливной шашки при её вложении в корпус нет необходимости в применении теплозащиты корпуса. Кольцевой заряд разделён на 4-е сектора, которые не связаны между собой в кольцевом направлении, что позволяет избавиться от разрывных нагрузок в хрупком карамельном топливном заряде. Вся нагрузка от давления газа из камеры сгорания передаётся на корпус двигателя через толщу топлива, отдельные сектора которого прекрасно работают на сжатие. Деление на сектора выполнено при помощи обычных бумажных перегородок. Это позволит избавиться от опасности взрыва двигателя и сохранит его массовое совершенство и изначальную конструкцию, а также позволит добиться высокой надёжности работы двигателя.

Изначальный способ заправки такого двигателя топливом провалился из-за неравномерности давления при прессовании на первой стадии, оправка застряла, а корпус приобрёл овальный профиль. Новая технология последовательной заправки отдельных сегментов позволила обойтись без дополнительных приспособ. Заправка происходит так же как и раньше, но топливо вводится в каждый сектор примерно равными порциями и потом утрамбовывается. Так как жёсткость перегородок позволяет выдерживать до 10мм перепад в уровне, то это делает этот способ заправки очень удобным и практически ничем не сложнее, чем без перегородок.

В результате более точного расчёта такого двигателя выявилось значительно более высокое давление, чем ожидалось, поэтому геометрия его немного изменена. Уменьшена длина двигателя, для снижения максимального рабочего давления, которое должно быть по расчёту в пределах 15÷25атм. С применением новой технологии пропитывания ватмана жидким стеклом при средней температуре нагрева раствора, удалось повысить прочность корпуса двигателя.

Чертёж твердотопливного двигателя МА-40-5 (Р-40-3-3)

Испытание двигателя МА-40-5 (Р-40-3-3) В начало

Температура воздуха на месте испытания +10°С.

В результате применённых конструктивных и технологических решений в этом двигателе удалось пройти немного дальше в его работе. Точнее удалось вывести двигатель на режим, но сразу же произошёл множественный прогар его корпуса в местах торцевых стыков топливных сегментов. Двигатель не взорвался и выдержал на сей раз заданное расчётное давление, что в свою очередь подтверждает правильность его последней опытной доводки.

Поскольку удалось пройти немного дальше в его работе, то и появились новые трудности, связанные с герметичностью его корпуса при работе на режиме, которые так же придётся решать в следующий раз.

К данному испытанию двигателя так же прилагается раскадровка наиболее интересного момента горения, где хорошо видно свечение пламени.

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

Стоп-кадр, на котором хорошо заметно свечение газа в камере сгорания. Так как материал корпуса является слабо прозрачным, он может пропускать свет. Яркость пламени данной топливной композиции очень сильная, хотя и не содержит никаких металлических добавок.

Параметры двигателя В начало

Данные о двигателе сведены в таблицу.

Таблица 1 - Параметры двигателя МА-40-5 под серийным номером Р-40-3-3.
Топливо
Двигатель Р-40-3-3
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 20
Длина заряда без конусных частей, мм 150
Полная длина канала, мм 200
Критический диаметр сопла, мм 7,5
Степень расширения сопла по диаметру (начальная ÷ конечная) 1,6
Начальный Кн 283
Конечный Кн 427
Масса корпуса двигателя (измеренная), г 65
Масса топлива двигателя (измеренная), г 320
Коэффициент массового совершенства 0,203
Коэффициент объёмного заполнения камеры двигателя топливом 0,731
Время воспламенения топлива, с 20
Расчётная нагрузка разрушения цилиндрических обечаек, кгс/см2 57
Расчётная разрывная нагрузка сегментов по оси для креплений, кгс/см2 32,5

Двигатель после испытания В начало

Рисунок 2
Прогар в корпусе двигателя

Прогар в центральной части корпуса был самый большой из всех. Через него вгорела почти вся масса топлива. Поэтому дыра в корпусе здесь больше всего.

Рисунок 3
Сильно обугленный корпус двигателя

Поскольку работа двигателя была нерасчётной, а именно слишком продолжительной из-за выгорания большей части топлива под низким давлением, сам корпус двигателя подвергся соответственно нерасчётно продолжительному тепловому воздействия от горячих газов, образовывавшихся при догорании остатков топлива внутри корпуса двигателя. Это привело к сильному обугливанию оболочек корпуса. При штатной работе двигателя такого быть не должно.

Рисунок 4
Прогар в корпусе двигателя

Ещё один небольшой прогар в корпусе был снизу на уровне торцевого стыка соплового блока с корпусом.

Рисунок 5
Оценка теплового разрушения сопла

Бумажное сопло наконец-то подверглось более существенному тепловому воздействию, но пока трудно сказать, какова его эрозионная теплостойкость, так как давление было сильно переменным убывающим и преимущественно низким. При достаточно продолжительном тепловом воздействии именно под давлением необходимо оценивать стойкость материалов в сопле.

Рисунок 6
Красивый след на земле от хвоста пламени

В завершении всего испытания удалось наблюдать впечатляющую картину от огненного хвоста двигателя на земле, в результате чего сдуло все листья в этом месте.

Сборка двигателя В начало

Рисунок 7
Сегменты двигателя

После того, как были разработаны новые чертежи развёрток двигателя, был получен гораздо более лучший результат сборки деталей всего двигателя. Заметно повысилось качество изготовления конических обечаек. Несмотря на то, что весь корпус теперь делался строго послойно, а не сплошной скруткой - это не только не привело к сильному усложнению технологии, а даже наоборот упростило её технологически за счёт некоторого конструктивного усложнения.

Рисунок 8
Заправленные цилиндрические сегменты

Но, самое главное, что порадовало - это то, что заправка двигателя делалась, как и раньше и даже стала проще, несмотря на введение внутрь корпуса двигателя продольных перегородок. Оказывается бумажные двухслойные перегородки в сегментах с удлинением L/D = 2 обладали достаточной жёсткостью, чтобы выдержать замятие от заполнения секторов топливом, точнее от погрешности этого заполнения, так как все сектора заполнялись постепенно или порционно на примерно одинаковый уровень. В итоге были получены качественные топливные шашки, скреплённые с корпусом.

Перегородки даже помогали, теперь они точно центровали каналообразующую оправку, что повышало геометрическую точность исполнения двигателя. А сама заправка топливом делалась без дополнительных шайб, прямо на листе ватмана, так как топливо было достаточно густое и не вытекало снизу, а достаточно быстро остывало и загустевало ещё больше.

Рисунок 9
Способ заправки

Также перегородки делались и в конических обечайках, где топливо тоже делилось на сектора. Так же и здесь перегородки очень помогали с точной центровкой оправок и монтажом воспламенительной системы.

Рисунок 10
Проверка качества заправки

Единственно неприятный момент, который возник в результате застывания натриевой карамели - это была покоробившаяся поверхность с торцов. В целом не сильно, но неприятно, так как к такой кривой поверхности будет не просто стыковаться.

Рисунок 11
Плавление торцевых поверхностей

Но проблема коробления решалась сама собой, так как сегменты было решено соединять между собой при помощи сплавления топлива. Для чего торцевые поверхности топлива расплавлялись предварительно под 100Вт-ой лампочкой - это одновременно и выравнивало поверхности.

Рисунок 12
Заключительная операция сборки двигателя

После соединения всех сегментов двигателя в единое целое, на стыки сегментов накладывались лепестковые осевые крепления, разрезанные по окружности на 4-е части для упрощения их приклеивания к корпусу двигателя. Поскольку со склеиванием цилиндрической части ещё можно было в ручную повозиться, то с коническими частями становилось делать это всё проблемнее, так как хорошо удавалось приклеить сразу лишь 2-3лепестка, что было очень долго. Поэтому начал пробовать применять нитевое стягивание лепестков на момент фиксации клея. Для того, чтобы нить не сползала с конуса, приклеивал на время пару стопорящих бумажных полосок из 4-х слоёв ватмана. Но всё равно это решение требовало большой ловкости, так как нить сползала до уровня этих стопорящих полосок и корни лепестков приклеивались плохо.

Рисунок 13
Готовый двигатель

Тем не менее, весь двигатель получился очень хорошо, делать его стало проще, а точность исполнения повысилась в основном за счёт применения более точных чертежей и их печати на струйном принтере прямо на ватмане в масштабе 1:1.

Рисунок 14
Послойное исполнение сопла

С целью изучения свойств композита на жидком стекле и бумаги было решено сделать скрутку критической части из тонкой офисной бумаги. Это увеличивало однородность материала. Было интересно, что получится в итоге, если сравнивать его стойкость с более толстой бумагой в виде ватмана.

Выводы В начало

В результате испытания отчетливо выявилось несовершенство торцевого соединения сегментов двигателя, которое привело к его прожигу сразу в двух местах в центре и в сопловом блоке. В образовавшемся торцевом зазоре возникло сильное эрозионное горение топлива, что привело к интенсивному теплообмену и со стенкой корпуса двигателя в месте соединения, где она несколько тоньше, чем в обечайках двигателя. Заметно наличие значительной тяги двигателя и ослепительно яркого пламени, как за соплом, так и внутри камеры сгорания. Двигатель вышел на режим, не взорвался как МА-40-7 (Р-40-2), что свидетельствует об успешном применении секторного деления кольцевого скреплённого заряда.

Разрушение двигателя МА-40-5 (Р-40-3-3)
  1. Необходимо усовершенствовать технологию торцевого соединения сегментов двигателя.
SashaMaks © 19.10.2008
Любительские высотно-скоростные ракеты 1996-2016