Р-40-13

Главная страница

Топливо

Окислитель 1

NaNO3(Нитрат натрия) – 58%

Окислитель 2

NH4NO3(Нитрат аммония) – 1%

Добавка

S(сера) – 11%

Горючее

C6H14O6(сорбит) – 30%

Плотность, г/см3

1,87

Скорость горения при атмосферном давлении, мм/с

0,28

Конструктивные параметры

Внутренний диаметр корпуса, мм

40

Средний диаметр канала, мм

17

Длина заряда без конусных частей, мм

160

Полная длина канала, мм

200

Критический диаметр сопла, мм

7-0,25

Критический диаметр сопла отработанного двигателя (измеренный), мм

9

Степень расширения сопла по диаметру

(начальная ÷ конечная)

2 ÷ 1,5

Начальный Kn (в момент выхода на режим)

307

Конечный Kn

600

Конечный Кn с учётом разгара сопла

360

Масса корпуса (расчётная), г

73

Масса корпуса (измеренная), г

70±0,4

Масса корпуса отработанного двигателя (измеренная), г

59±0,1

Масса первого сегмента (измеренная), г

 9,9±0,05

Масса второго сегмента (измеренная), г

19,15±0,05

Масса третьего сегмента (измеренная), г

17,4±0,05

Масса соплового блока (измеренная), г

18,1±0,25

Масса осевых креплений (измеренная), г

4,3±0,05

Масса первого сегмента с топливом, г

44,7±0,1

Масса второго сегмента с топливом, г

164±0,1

Масса третьего сегмента с топливом, г

155,6±0,1

Масса соплового блока с топливом, г

35,1±0,1

Масса топлива, г

335±0,4

Масса топлива (расчётная), г

340

Масса собранного двигателя, г

405±0,5

Масса вторичного воспламенительного состава (ориентировочная), г

4±1

Масса топлива в момент выхода на режим (расчётная), г

331

Полная масса двигателя в момент выхода на режим, г

401

Коэффициент массового совершенства в момент выхода на режим

0,211

Коэффициент объёмного заполнения камеры двигателя топливом в момент выхода на режим

0,795

Расчётная нагрузка разрушения цилиндрических обечаек, кгс/см2

57

Расчётная разрывная нагрузка сегментов по оси для креплений, кгс/см2

64

Видео крупный план, 20,7МБ

Видео общий план, 16,5МБ

Графики тяги

Безимени-1

Фотки

018

021

022

001

002

003

001

002

Почти успешное испытание. Ключевой особенностью данного двигателя является, уже довольно старая схема воспламенения с применением медленного равномерного разогрева газом всей воспламеняемой поверхности. Для этого в двигателе предусмотрена специальная воспламенительная камера, которая отделена от основного заряда кольцом. Впервые такое решение с успехом было мной применено на двигателе Р-20-16 после испытания двигателя Р-20-15, который тоже отработал импульсно в мае 2006года. Данное решение было найдено случайно на примере испытания двигателя Р-20-8.

Главное при длительном воспламенении шашки – это не вызвать сильного преждевременного возгорания канала у заглушки, что чаще всего и происходит из-за инициализации горения на дне канала. Из-за этого геометрия канала вдоль оси двигателя сильно изменяется к моменту набора максимальной тяги. Поэтому нужна схема воспламенения, которая давала бы равномерный разогрев всей поверхности канала. Для этого в первую очередь необходимо использовать воспламенительные составы, которые горят, не очень горячо, а главное не выделяют шлаков. Ещё в результате испытаний схемы с последовательным выгоранием канала, выяснились особенности воспламенения вблизи воспламенительного заряда. Для уменьшения сильного теплового воздействия газов вблизи воспламенительного состава использовано кольцо, с меньшим диаметром отверстия, чем у канала. При этом создаётся турбулентный поток, в котором горячая струя газа отдаляется на небольшое расстояние от воспламеняемой поверхности, для выравнивания температуры потока над поверхностью топлива.

001

002

003

Графики температуры и скорости газового потока построенные в программе Flow Simulation по красной линии:

004

Скорость газа не высокая, чтобы вызвать какие-то эрозионный эффекты при воспламенении поверхности.

005

Температура вообще почти константа по всей длине канала.

В результате испытания в принципе удалось вывести двигатель на режим, но через некоторое время давление всё равно упало до нуля. Никаких физических разрушений на корпусе не обнаружено, разгерметизаций нет. Пока есть две версии: 1. Произошло скопление шлака во втором сегменте при воспламенении, который мог в нижней части канала изначально не сильно нарушить геометрию, которая потом по мере прогрессирования, сказалась на устойчивой работе двигателя; 2. Возникло эрозионное горение в канале у сопла, из-за которого прямой конусный канал раскрылся и получился выгиб поверхности. Возможное решения – использование ступенчатой конусности канала и изменение композиции воспламенителя в сторону уменьшения шлакообразования.

Бумага, пропитанная силикатом и являющая в данном двигателе конструктивным материалом соплового блока, доказала свою термостойкость по сравнению с цементными и глиняными материалами. В отличие от глины её не смывает мгновенно, когда та расплавиться. В отличие от цемента просто не разваливается так быстро, а постепенно, но равномерно разгарается.

Здесь замерен критический диаметр. Слева расположение соплового блока соответствует правильному, т.е. низ находится внизу, как и в момент испытания. При этом видно, что снизу разгар сильнее, из-за тёкшего здесь при низком давлении расплавленного шлака. Справа замерен разгар критического сечения с учётом влияния на него шлака, он составляет 11,5мм вместо 9мм без него.

001

Внешний осмотр соплового блока снизу, где тепловое воздействие от шлака было максимальным.

002

Снимок дозвуковой части соплового блока изнутри со стороны, где тёк шлак. Осталось только два слоя из пяти теплозащитных. Шлак сжёг даже силиконовую герметизацию на стыке между сегментами.

003

Снимок дозвуковой части соплового блока изнутри с противоположной стороны. Уцелело три слоя из пяти теплозащитных. Два внутренних теплозащитных слоя полностью сгорели. Внутренняя поверхность сегмента у края стыка слегка обожжена. Видно аблирующее покрытие коричнево-оранжевого цвета.

004

Кольцо после вскрытия двигателя. Результат тот же. Шлак проделал в нём себе дырку поглубже перетекая из первого сегмента в камеру сгорания. Можно только догадываться, как это испохабило форму канала во втором сегменте…

001

002

Первый сегмент после вскрытия.

003

Второй и третий сегменты двигателя. Внутри видны остатки от перегородок.

004

P.S. Некоторые наблюдения по горению топливного состава этого двигателя, который также входит и в воспламенительный, показали, что термическое разрушение материалов идёт сильнее не от горячего газового потока при высоком давлении, а при низком давлении из-за шлака. При почти атмосферном давлении при горении этого топлива происходит интенсивная конденсация не газообразных продуктов сгорания на твёрдых телах, и они под действием более интенсивного теплообмена между жидкостью и телом быстрей разрушают корпус двигателя.

Вывод: необходимо для чистоты эксперимента разработать отдельный не шлакообразующий состав, чтобы выяснить влияние шлакового засорения канала при воспламенении на устойчивость работы двигателя.