Р-40-21

Главная страница

В результате испытания двигателя Р-40-20 разрушилось каолиновое сопло, и не была установлена точная причина, из-за которой это произошло. Было решено методом исключения выявить дефект и устранить его. Поэтому конструкция данного двигателя является специальной. В нём сопло будет двусоставное. Дозвуковая критическая вставка будет из каолиновой глины, установленной на многослойном свёртке силикатного ватмана. Причём сопло будет утопленным в корпус двигателя на глубину этой вставки для того, чтобы добиться выравнивания наружного и внутреннего давлений. Таким образом, исключается фактор разрушения каолинового сопла от давления и оно в основном будет подвержено воздействию температуры и эрозионному разрушению от потока газа.

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

16

Длина заряда без конусных частей, мм

160

Полная длина канала, мм

213

Критический диаметр сопла, мм

8

Степень расширения сопла по диаметру

(начальная ÷ конечная)

2

Расчётная нагрузка разрушения цилиндрических обечаек, кгс/см2

57

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

64

Параллельно отрабатывалась версия с температурным расширением при резком изменении температуры каолинового сопла. Для этого было решено сделать секторное деление вдоль так же, как и с топливом внутри самого двигателя. Сектора предполагается потом склеивать резиноподобным клеем между собой.

SAM_2053

SAM_2055

Когда только что сформованное глиняное сопло подсохло немного, оно было разрезано с помощью бритвы на 4-е сектора, которые остались дальше сушиться до конца.

SAM_2057

Но после сушки сектора сильно деформировались по длине и не совпадали точно, оставляя в центре большую щель до 1мм.

SAM_2059

Сборка двигателя

SAM_2061

SAM_2066

SAM_2068

Ватман-силикатный сопловый блок, в который устанавливается каолиновая вставка.

SAM_2072

Полностью собранный сопловый блок Р-40-21.

SAM_2080

SAM_2086

SAM_2091

За две недели был спроектирован и выполнен новый аккумуляторный блок системы электрического зажигания. Для простого стационарного испытания двигателя было выбрано тоже место, что и при испытаниях двигателя Р-40-19. Для установки и фиксирования двигателя был собран держатель – один из фрагментов будущего тягоизмерительного стенда. Это устройство позволяет фиксировать двигатель на различных каменных основах с помощью отдельных приклеивающихся к каменному основанию плоских креплений.

SAM_2123

SAM_2124

SAM_2126

SAM_2127

SAM_2130

Ещё один кадр светящегося корпуса)

001

002

SAM_2132

SAM_2133

SAM_2134

SAM_2136

Корпус двигателя прекрасно сохранился, лишь немного пожелтел.

SAM_2139

А вот сверхзвуковую часть сопла весьма сильно разъело.

SAM_2146

SAM_2147

SAM_2149

Очень хорошо отработало ТЗП в районе дозвукового сопла. Толщина ровно такая, какая нужна.

SAM_2150

SAM_2151

SAM_2152

SAM_2153

Сопловая вставка из каолиновой глины существенно уменьшилась в размерах, причём со всех сторон, кроме опорной снизу.

SAM_2155

SAM_2156

SAM_2159

SAM_2161

С одной стороны каолиновая вставка сильно истончилась. В этом месте было более интенсивное тепловое воздействие из-за тёкшего расплавленного шлака.

SAM_2162

SAM_2163

SAM_2164

Внутренний диаметр критического сечения увеличился примерно на 2мм с 8мм до 10мм! Наружный диаметр тоже уменьшился на 1мм с каждой стороны.

000

Видео крупный план, 20,2МБ

Видео общий план, 21,5МБ

В ходе испытания двигателя выявилась средняя неустойчивость горения – довольно новое явление. Обычно двигатель глох на 100% и воспламенялся заново либо не глох вообще. Видимо, силикатный ватман не применим даже в конструкции сверхзвукового сопла с различными тугоплавкими вставками в критическом сечении. Но в целом, похоже, что причина неустойчивой работы двигателя определена верно, и я на правильном пути.

Каолиновая вставка не разрушилась полностью, как сопло в Р-40-20, следовательно, дело было не в температуре. Но очень важный фактор – давление не учтено, так же, как и термическое расширение в скрепленном корпусе, от которого тут не убежать. В этом испытании каолиновая вставка была очень хорошо термообработана. Суть неудачного применения глины в далёком прошлом заключается в отсутствие какой-либо тепловой обработке. Выяснилось, что необходимо тщательно просушивать, иначе при резком её разогреве всё полопается, как шифер. Но не известно, как нужно сушить каолиновую глину и до какой степени. Здесь вставка была тщательно высушена с постепенным подъёмом температуры и последующим прокаливанием до красна.

Вывод:

1.      Необходимо разработать керамическое сопло с секторным делением, если получится его использовать, то это будет простое решение против всяких температурных перенапряжений, давления наддува и пр.

2.      В противном случае необходимо провести итоговое испытание на прочность целикового сопла под давлением и температурой скрепленным с корпусом.