Р-40-7

Главная страница

В конструкцию двигателя от Р-40-6 не было внесено сколько-нибудь значительных изменений. Этот двигатель почти копия Р-40-6. Существенные изменения коснулись системы воспламенения, ключевой особенностью которой стало использование зачищенных медных проводов от толстой изоляции в районе заглушки, чтобы добиться максимальной силы фиксации подводящих проводов в ней.

P-40-7

Топливо

Окислитель 1

NaNO3(Нитрат натрия) – 58%

Окислитель 2

NH4NO3(Нитрат аммония) – 1%

Добавка

S(сера) – 11%

Горючее

C6H14O6(сорбит) – 30%

Конструктивные параметры

Внутренний диаметр корпуса, мм

40

Диаметр канала, мм

20

Длина заряда без конусных частей, мм

150

Полная длина канала, мм

195

Критический диаметр сопла, мм

8,5

Степень расширения сопла по диаметру

1,6

Начальный Kn

208

Конечный Kn

332

Масса корпуса, г

67

Масса топлива, г

326

Коэффициент массового совершенства

0,206

Коэффициент объёмного заполнения камеры двигателя топливом

0,746

Расчётная нагрузка разрушения цилиндрических обечаек, кгс/см2

57

Расчётная разрывная нагрузка сегментов по оси, кгс/см2

32,5

 

Видео испытания – общий план, 28,7MB

Видео испытания – крупный план, 16,5MB

Видео испытания – измерительная шкала, 14,7MB

004

005

Система зажигания и воспламенения

Р-40-7

Данное исполнение зажигания с помощью огнепроводной трубки было применено ещё в Р-40-6, но из-за некачественного вклеивания целикового провода в заглушку, произошла разгерметизация камеры сгорания. В данном двигателе эта недоработка устранена за счёт пропускания самих проводов непосредственно через заглушку без изоляции вместе со скруткой, так чтобы нихром не раскалялся в материале заглушки. Такое исполнение позволяет избавиться от ненадёжного болтания нихромовой спирали в камере сгорания на большом расстоянии от верхней поверхности, что могло бы привести к срыву и скачку давления в случае попадания спирали в сопло. После воспламенения материала селитры в огнепроводной трубке от нихрома, газы устремляются на конец трубки и воспламеняют первичный воспламенительный заряд с торца, который дальше горит по торцу вверх. Первичный заряд воспламеняет вторичный. Вторичный заряд горит по кольцу до тех пор пока не воспламениться вся поверхность канала и далее горит уже как топливо на режиме.

Анализ серии испытаний системы воспламенения Р-40

Принцип работы такой системы воспламенения выбран не случайно, так как для получения качественного фронта горения необходимо максимально ровно воспламенить поверхность без образования очагов воспламенения со значительным временем задержки на разных зонах воспламенения. Данное условие хорошо выполнимо при применении газового воспламенения поверхности. Но есть и недостаток – большое время воспламенения, из-за плохой теплопроводности газов. Прочие контактные методы воспламенения с помощью различных пиросоставов, нанесённых на воспламеняемую поверхность сложны и небезопасны, так как могут вызвать разрушение двигателя ещё до начала его работы, из-за большой поверхности воспламенения и скорости их горения. Тут ещё есть отдельная сложность для данного вида топлива – трудность воспламенения, поэтому малым количеством пиросостава не обойтись, а большое может привести к сильному скачку давления, что уже будет не надёжно.

Синяя зона соответствует времени работы только первичного воспламенительного заряда, представляющего собой простой свёрток селитры. Красная зона соответствует времени работы только вторичного воспламенительного состава, который представляет из себя часть топливного заряда, сгорающая до момента воспламенения всей оставшейся поверхности канала. Области с градиентными переходами соответствуют совместной работе обоих воспламенительных составов.

Из данных графиков хорошо прослеживается зависимость между геометрией канала и скоростью её воспламенения. Чем шире канал и чем он короче, тем дольше он будет воспламеняться. По сути это всё соответствует турбулентности течения воспламенительного газа по каналу, чем быстрее он движется, тем интенсивнее теплообмен с воспламеняемой поверхностью и тем быстрее происходит её разогрев до температуры воспламенения. В канале с большим диаметром течение газа будет меньше, чем с меньшим диаметром.

Хорошо также прослеживается и влияние давления воспламенения газа при работе воспламенительных составов. На первом графике двигатели Р-40-5 и Р-40-6 выходили на режим дольше своих предшественников, так как в их конструкции был увеличен критический диаметр сопла с 7,5мм до 8,5мм.

Синяя область на первом графике хорошо показывает насколько трудновоспламеняемо данное топливо, так как это время, затрачиваемое непосредственно на воспламенение топлива в зоне горения первичного воспламенителя, где воспламенительный заряд непосредственно контактирует с воспламеняемой поверхностью.

Примерная температура горения селитры в этой области составляет 700÷800°С. Возможное повышение температуры могло бы ускорить процесс первичного воспламенения ориентировочно в 3 раза при использовании пиросоставов с добавками алюминия. Однако технология изготовления таких воспламенительных зарядов значительно сложнее, чем из простой селитры, излишки которой плавно догорают в процессе передачи горения на топливо. В противном случае первичный пиросостав может принять участие в процессе работы двигателя на режиме и привести к нерасчётным скачкам давления при его пуске.

Есть ещё одна опасность применения металлсодержащих пиросоставов в первичном воспламенителе на окислителях KNO3 и NaNO3: при их горении образуется большое количество раскалённого жидкого шлака, который при недостаточном напоре от газов воспламенителя вывалится в канал 2-го, 3-его и 4-го сегментов в виде раскалённых капель. Это уже приведёт к преждевременному локальному разгару поверхности заряда и нарушению геометрии горящей поверхности.

Применение порохоподобных пиросоставов с большим содержанием горючего для уменьшения шлакообразования осложнено технологически, так как его приготовление потребует намного больше времени, чем изготовление простого селитрового блока, и также не избавляет от опасности взрыва от излишне большой скорости горения или распыления, т. е. не достаточно надёжно и сложно.

Пропитка развёрток в растворе силиката натрия

 001

Новая сборка системы зажигания

002

003

005

Установка первичного воспламенительного заряда

006

007

008

009

010

011

012

Заглушка из эпоксидной смолы ЭДП

013

014

Сверхзвуковое сопло

015

Сегменты двигателя

016

017

Сопловый блок

018

019

020

021

001

002

003

001

002

001

002

003

004

005

006

007

008

009

010

Данное испытание прошло, без каких либо разрушений корпуса. Система воспламенения отработала нормально. Но снова работа двигателя была импульсной. На форуме http://forums.airbase.ru/2008/11/t64791,27--rdtt-konstruktsii-tekhnologii-materialy-xviii.html был выдвинут диагноз о неустойчивом горение с единственным верным решением о повышении давления в КС. Но повышение давления не является предпочтительным решением, так как при этом скорость горения топлива резко возрастёт, а время работы всего двигателя уменьшится. Поэтому нужно искать другие пути решения данной проблемы. Упадёт массовое совершенство и вообще этот двигатель не будет долго работающим, как он и задуман изначально.

Вывод: в качестве попытки избавления от неустойчивого горения топлива необходимо изменить начальную геометрию канала.