Главная | Двигатели => МА-40 => МА-40-5
Двигатель МА-40-5 (Р-40-4)
Введение Испытание двигателя Параметры двигателя
Двигатель после испытания Сборка двигателя Выводы

Введение В начало

Для предотвращения образования прожогов и полной изоляции стенок корпуса топливом будет изменена технология заправки двигателя. Теперь сегменты будут заправляться последовательно один за другим, и только после того как прежде новозаправляемый сегмент будет скреплён с уже заправленным. На сей раз канал будет ступенчато-цилиндрическим 16мм – первый сегмент, 18мм – второй сегмент, 20мм – третий и четвёртый сегменты. Это немного повысит массовое совершенство двигателя за счёт более полного заполнения свободного объёма камеры сгорания. В целом же по конструкции этот двигатель – копия двигателя Р-40-3.

Чертёж твердотопливного двигателя МА-40-5 (Р-40-4)

Испытание двигателя МА-40-5 (Р-40-4) В начало

Температура воздуха на месте испытания +5°С.

Казалось бы вот оно - удачное испытание, но прогар в сопловом блоке всё испортил. Но, двигатель вышел на режим и даже отработал на режиме целых 1,2с! Горение было ровным и устойчивым. Впечатлила и тяга двигателя, сместившая двигатель до упора в виде бревна и даже немного это самое бревно сдвинувшая. Стало ясно, что такой двигатель возможен на практике, необходимо его лишь немного доработать.

Рисунок 1 - Яркий жёлто-оранжевый факел пламени.
Яркий жёлто-оранжевый факел пламени

Соответственно были получены и красивые кадры, доказывающие то, что двигатель вышел на режим, что, в свою очередь, было видно по яркому и большому факелу, вырывавшемуся из сопла двигателя. Яркость пламени для данного карамельного топлива придавала добавка в виде серы (S), делая тусклое карамельное пламя ярко жёлтого цвета.

Рисунок 2 - Бочки в реактивной струе газа.
Бочки в реактивной струе газа

Также, благодаря некоторому затемнению дымом пламени по началу работы двигателя, можно было разглядеть так называемые бочки в струе огня, выходившего из сопла. Это явления я впервые наблюдал для своих двигателей.

Параметры двигателя В начало

Данные о двигателе сведены в таблицу.

Таблица 1 - Параметры двигателя МА-40-5 под серийным номером Р-40-4.
Топливо
Двигатель Р-40-4
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 272
Конечный Кн 427
Масса корпуса двигателя (измеренная), г 65
Масса топлива двигателя (измеренная), г 330
Коэффициент массового совершенства 0,197
Коэффициент объёмного заполнения камеры двигателя топливом 0,75
Время воспламенения топлива, с 17,5
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 3
Шлак от топлива

После прогара в сопловом блоке, топливо выгорала ещё примерно 20-30минут, оставив при этом на грунте мощный отпечаток из шлака. Само выгорание было похоже на горение автогеновой горелки. Жаль заснять это не получилось, так как после разгерметизации горение топлива прекратилась и мы остановили запись на обоих камерах, думая, что уже всё. Но спустя примерно 20с топливо снова разгорелось внутри двигателя.

Рисунок 4
След на грунте от хвоста

На месте испытания уже образовался уверенный след от газовой струи, теперь не просто очищенный от листьев, а даже с зачищенной землёй, куски которой тоже уносило газовым потоком.

Рисунок 5
Отработанный двигатель

Как и предполагалось, при расчётной работе степень обугленности корпуса будет меньше. Хотя данный двигатель отработал примерно 1/3 всего времени на режиме, а оставшаяся масса топлива снова догорала при низком давлении, корпус уже не был весь чёрным. На половину он был просто пожелтевшим.

Рисунок 6
Тепловой ожёг корпуса

Большая степень обугленности приходилась на нижнюю часть корпуса, где видимо скапливался жидкий шлак, которые не полностью улетал из камеры сгорания наружу из-за низкого давления и сильно обжигал силикатный ватман. Однако герметичность стенок корпуса не была нарушена, что не привело к пожару на месте испытание. Я уверен, что когда двигатель отработает до конца, но будет иметь лишь слегка пожелтевший и достаточно прочный корпус. Т.е. сможет выдержать тепловой удар после сброса давления и тяги в камере сгорания и последующего остывания корпуса.

Рисунок 7
Сгоревшее сопло

Жаль, но при догорании топлива через прогар размером всего 0,4см2 и сопло, само сопло полностью сгорело, так долго оно естественно не могло противостоять тепловому воздействию горячей струи газов, которая обжигала его теперь с двух сторон: изнутри и снаружи.

Рисунок 8
Дымка в лесу

День был холодный и уже наступала зима, погода была очень сырая, моросил мелкий дождик и была высокая влажность воздуха. Двигатель испытывали быстро, чтобы не отсырело в нём топливо и сам бумажный корпус не успел намокнуть от дождя. А в воздухе после испытания повисла дымка по всему лесу на сотни метров около места испытания, особенно там, куда дул ветер.

Сборка двигателя В начало

Рисунок 9
Раскрой заготовок

Послойная сборка многослойного корпуса двигателя делается теперь из отдельных слоёв ватмана, каждый из которых отдельно расчерчивается и раскраиваться прежде, чем будет склеен в монолитную корпусную деталь - обечайку. Так же ведётся и опытное корректировка точности допусков стыка особенно по части стыковки конусного днища и цилиндрической обечайки. Тут наиболее важное место, где необходима высокая точность подгонки сопрягаемых диаметров корпусов и их круглости, чтобы качественно можно было выполнить всё соединение с помощью осевых лепестковых креплений.

Рисунок 10
Вальцовка заготовок

После стадии раскроя все корпусные детали по отдельности пропитываются жидким стеклом ещё до того, как они будут склеены между собой. И сразу после стадии пропитывания следует стадия вальцовки всех деталей вращения. Стадия вальцовки крайне необходима для деталей вращения, выполненных из силикатного ватмана, так как если этого не сделать, то силикатный ватман в одном слое за сутки намертво высыхает, и потом завальцевать его будет почти не возможно из-за высокой жесткости и хрупкости, особенно на малые радиусы гиба. Вся вальцовка делается очень быстро с помощью круглого карандаша разной толщины в зависимости от радиуса гиба и с помощью рук. При этом важно определить момент, когда листы ватмана высохнут до слабовлажного состоянии, в котором они могут находиться примерно 20-30мин. Обычно это достигается уже через 30-50мин после пропитывания. Малые по площади детали высыхают быстрей, чем большие. В итоге получается предварительная вальцовка, которая существенно облегчает окончательное вальцевание и склеивание деталей вращения до заданных форм.

Рисунок 11
Сегменты двигателя

После стадии вальцовки следует стадия начальной сушки, при которой все слои силикатного ватмана и детали из него высыхают за 24 часа. После чего из них можно начинать клеить корпусные детали. Сначала склеиваются детали первого слоя корпуса и на них наклеиваются детали второго слоя корпуса. Дальше делается суточная выдержка, пока два слоя просыхают вместе. Через сутки наклеивается третий слой, потом ещё через сутки четвёртый - последний слой для данного корпуса двигателя. И так за 3-4 суток корпус из силикатного ватмана будет полностью склеен и готов.

Рисунок 12
Сегменты двигателя

После того, как будут готовы обечайки двигателя, в них вклеиваются перегородки из обычного ватмана. Теперь все обечайки двигателя готовы к стадии заправки сегментов топливом.

Рисунок 13
Сопло из силикатного ватмана

Суточная выдержка на слой делается с целью минимизации усадки при высыхании клея между слоями в многослойном корпусе. Поскольку сопло в данном случае - это тоже многослойная деталь с гораздо большим количеством слоёв, то для неё делается суточная выдержка на два слоя сразу. Но при этом всё равно иногда всё сопло не поспевает быть полностью склеяным к моменту готовности остальных частек корпуса.

Рисунок 14
Нихромовый провод

Теперь осталось лишь собрать систему зажигания и воспламенения. Система зажигания выполнена из нихромовой проволоки диаметром 0,4мм, свёрнутой в спираль диаметром 4мм. Концы нихромовой проволоки отведены вдоль провода по разные стороны, где они тщательно обкручены тонкими медными проводками от акустического кабеля. Этот кабель хорошо гнётся и хорошо изолирован. Места скрутки покрываются клеем ТИТАН и потом на них сразу же накручивается селитрованная бумага.

Рисунок 15
Система воспламенения

Селитрованная бумага в виде маленького свёртка помещается в нихромовую спираль и ею же оборачивается подводящий провод около нихромовой спирали, так чтобы получилась конусная торцевая поверхность с одной стороны и плоская с другой. После чего собранный воспламенитель помещается между перегородками внутри головного сегмента двигателя.

Рисунок 16
Первый сегмент в сборе

Головной сегмент после сборки заправляется топливом, которое удерживает прочно воспламенитель в центре. вершине конуса предусмотрена перегородка, которая разделяет топливо и заглушку, выполненную из обычного сорбита и сахарного песка, как наполнителя. Через неё же проходит и провод.

Рисунок 17
Первый и второй сегменты в сборе

Важной конструктивной особенностью двигателя является применение в нём сгораемой изоляции между топливом и формующей канал оправкой. Эта изоляция выполнена из обыкновенной газетной бумаги, пропитанной концентрированный раствором нитрата натрия. Это позволяет легко вынимать оправку после застывания топлива. При этом данная изоляция легко и быстро сгорает в камере сгорания на стадии воспламенения топлива. Получилось достаточно простой решение, которое не требует дополнительных материальных или временных затрат.

Рисунок 18
Первый и второй сегменты в сборе

В данном двигателе отрабатывается технология последовательной заправки сегментов и их сборки. Т.е. после заправки головного сегмента с воспламенителем, к нему приклеивается второй сегмент. В него вставляется оправка, и он так же заправляется топливом.

Рисунок 19
Последняя стадия сборки двигателя

После полной заливки всего топлива, осталось лишь соединить первые его сегмент с остальной частью, которая уже была в монолите без зазоров. В таком конструктивном решении прекрасно решалась проблема герметичности торцевых стыков сегментов, но не понятно было, как будет деформироваться корпус вдоль вместе со скрепленным и хрупким топливом. В общем, это всё требует многочисленных статистических экспериментов, чтобы разобраться в этом вопросе.

Рисунок 20
Торцевое соединение оставшихся сегментов

Последняя стадия сборки оставшихся сегментов двигателя производилась после выравнивания торцевых поверхностей и их прямого соединения друг с другом с помощью расплавленного сорбита. После чего наклеивались осевые крепления на корпус, удерживающие сегменты от разрушения в продольном направлении.

Рисунок 21
Канал изнутри

Поскольку на этот раз канал был более сложной формы - ступенчатой с разными диаметрами и формовался в две стадии, то было решено проверить его досконально на последней стадии сборки двигателя на предмет выявления возможного брака. Но всё получилось очень хорошо, никаких неприятных сюрпризов не возникло. На дне канала также целый и невредимый, хорошо виден, воспламенитель и его нихромовая нить.

Рисунок 22
Сопловый блок изнутри

Заодно осмотр на качество заправки сегментов двигателя топливо был выполнен и для соплового блока. Но с ним всё было очень легко, так как деталь неглубокая и легко заливается топливом, так же без видимых дефектов.

Выводы В начало

В результате данного испытания изменение технологии заправки помогло добиться герметичности в топливном заряде и полностью изолировать корпус от горячих газов, но выявился существенный недостаток толщины стенки в дозвуковом сопле при подходе к критическому сечению. Из-за чего произошёл прорыв корпуса в этой области.

Разрушение двигателя МА-40-5 (Р-40-4)
  1. Необходимо нарастить ТЗП в дозвуковой части сопла ближе к критическому сечению.
SashaMaks © 2.11.2008
Любительские высотно-скоростные ракеты 1996-2016