Основные параметры камеры

· Тяга: у земли (номинальная, на режиме главной ступени) 162 кН

в пустоте 185 кН

· Топливо: окислитель – азотная кислота АК – 27и

горючее – керосин ТМ – 185

· Пусковое горючее (тонка) ТГ – 02

· Секундный расход: окислителя 55,3 кг/с

горючего 13,9 кг/с

· Весовое соотношение компонентов топлива 3,97

· Коэффициент избытка окислителя 0,768

· Давление газов: в камере 4,45 МПа

в выходном сечении сопла 0,07 МПа

· Удельный импульс тяги: у земли 2330 м/с

в пустоте 2673 м/с

· Объём камеры сгорания (до критики) 0,081 м³

· Время пребывания продуктов сгорания в камере 5,2×10^-3 с

· Вес камеры 88 кг

Камера представляет собой паяно-сварную неразъёмную конструкцию и состоит из цилиндрической камеры сгорания с форсуночной головкой и сопла.

Форсуночная головка (листы 1 и 2 работы [1]). Форсуночная головка состоит из силового кольца 9, внутреннего 1, среднего 2 и наружного 5 днищ с фланцем 3, на котором устанавливается пироклапан. Пироклапан, открытый при работе, перекрывает доступ окислителя в камеру при подаче команды на выключение двигателя.

Внутреннее и среднее днища совместно с силовым кольцом образуют полость горючего. Горючее в головку поступает через сверления в силовом кольце 9 из межрубашечного пространства. Горючее охлаждает огневую стенку КС, внутреннее днище и через форсунки горючего 6 впрыскивается в камеру сгорания.

Среднее и наружное днища с силовым кольцом образуют полость окислителя. Окислитель подводится в форсуночную головку через фланец 3 и через форсунки окислителя 7 впрыскивается в камеру сгорания.

Среднее днище соединено с наружным днищем цилиндрической перфорированной обечайкой 4, имеющей шесть отверстий для равномерного распределения окислителя по площади днища форсуночной головки.

Среднее и внутреннее днища связаны между собой форсунками окислителя. Для увеличения жесткости днищ и обеспечения необходимой прочности связи днищ в местах с большим расстоянием между форсунками устанавливаются форсунки окислителя с упрочнёнными корпусами (сеч. И – И, лист 2 работы [1]). Для обеспечения заданного расстояния между внутренним и средним днищами на части форсунок установлены дистанционные втулки 8.

На головке размещено 793 однокомпонентных центробежных форсунки со шнековыми завихрителями, в том числе 480 форсунок окислителя и 313 форсунок горючего. Форсунки расположены по концентрическим окружностям. Взаимное расположение форсунок близко к сотовому, шаг между форсунками – переменный.

Для создания пристеночного защитного слоя горючего, уменьшающего воздействие окислителя на огневую стенку КС, на периферии форсуночной головки (в последнем ряду) располагают форсунки горючего.

Для обеспечения устойчивости горения топлива разработана трёхъярусная система смесеобразования. Систему трёхъярусного распыла образуют три типа форсунок – центробежные, шнековые и струйные.

· Первый ярус распыла – факел распыла короткий, с большим углом конуса распыла , образуют форсунки О и Г центробежного типа.

· Второй ярус распыла – средний по дальнобойности форсунок, с углом конусности распыла , образуют шнековые форсунки. Как видно из схемы форсуночной головки, шнековые форсунки представляют собой шнековые завихрители, размещаемые внутри корпуса основной центробежной форсунки.

· Третий ярус распыла – самый дальнобойный, образуют струйные форсунки. Угол конуса распыла струйной форсунки . В схеме форсуночной головки струйные форсунки представляют собой сверления (центральные отверстия), выполненные в шнековых завихрителях.

Расходы через разные типы основных форсунок О и Г одинаковы. На периферии головки установлены центробежные форсунки горючего с уменьшенным расходом и уменьшенным углом конуса распыла.

Схема расположения форсунок на головке, их характеристики, геометрия и результаты расчёта смесеобразования в пристеночном слое приведены в работе [2].

Для уменьшения разброса гидравлических сопротивлений по площади форсуночной головки форсунки при проливке делятся на три класса. Диапазон изменения расхода в классе составляет 2 %. На каждой форсуночной головке устанавливаются форсунки только одного класса.

На силовом кольце головки приварено три штуцера. Два из них (сеч. Р – Р, лист 2 работы [1]) предназначены для замера давления газа в камере сгорания и сообщаются каналами с огневой полостью. Третий штуцер (сеч. Х – Х, лист 2 работы [1]) сообщается с полостью окислителя и предназначен для замера давления окислителя перед форсунками. Замер давления горючего на входе в форсуночную головку производится через штуцер, установленный на соединительном кольце 11 (сеч. Н – Н, лист 2 работы [1]).

Цилиндрическая часть камеры и докритическая часть сопла ( лист 1 работы [1]).

Внутренняя стенка КС (огневая) состоит из двух секций: цилиндрической 14 и профилированной 16, сваренных в стык. После сварки шов проковывается. Наружная стенка КС (рубашка охлаждения) состоит из секций 13 и 17 и переходного кольца 12. Кольцо 12 приваривается к рубашке со стороны форсуночной головки для обеспечения необходимой прочности и надёжности сварного шва, соединяющего рубашку с силовым кольцом форсуночной головки.

Скрепление рубашки с огневой стенкой осуществляется через пять гофрированных проставок 15 (сеч. Б – Б, лист 1 работы [1]), припаиваемых твёрдым припоем.

Закритическая часть сопла ( лист 1 работы [1]). Внутренняя огневая стенка сопла 20 – цельная, профилированная. Рубашка состоит из двух секций 21 и 24, кольца коллектора 23 и переходного кольца 19, привариваемого к рубашке со стороны критического сечения.

Связь между огневой стенкой и рубашкой осуществляется через пять гофрированных проставок 22 (сеч. В – В, лист 1 работы [1]). На срезе сопла устанавливается кольцо жёсткости 26. Допускаемая величина неподкреплённого гофром участка сопла и технологические зазоры под сварку на срезе сопла приведены на листе 7 позиция Е работы [1].

Коллектор 23 состоит из двух секторов, приваренных к круговым буртам корпуса коллектора. Коллектор имеет два подводящих патрубка со штуцерами. В корпусе коллектора имеются отверстия для горючего, поступающего в межрубашечное пространство. На кольце жесткости 26 установлена сливная бобышка (сеч. Г – Г, лист 1 работы [1]).

Для уплотнения хвостового отсека ракеты у среза сопла приваривается обечайка 25 с резьбовыми бобышками (вид I, лист 1 работы [1]).

Соединения частей камеры сгорания (лист 1 работы [1]). Соединение докритической и закритической частей сопла осуществляется путём сварки внутренних стенок встык через разъем, обеспечиваемый соединительным кольцом 18. Кольцо 18 состоит из двух полуколец. Они привариваются к переходному кольцу 19 и к рубашке докритической части сопла. После сборки узлы оболочек камеры сгорания и сопла проходят рентген-контроль, испытания на прочность и герметичность и окончательную механическую обработку под стыковку с форсуночной головкой.

Соединение цилиндрической части камеры с форсуночной головкой (сеч. Ж – Ж, лист 2 работы [1]) осуществляется при помощи сварки. Внутренняя стенка 14 приваривается к силовому кольцу 9 до постановки на место разъёмного соединительного кольца 11.

Рубашка соединяется с форсуночной головкой через кольцо 11, образованное двумя полукольцами (сеч. Д – Д, лист 1 работы [1]).

Соединительные кольца 11 и 18 имеют бурты, воспринимающие усилия от усадок сварочных швов.

Подготовка указанных стыков для постановки соединительных полуколец показана на листе 7 позиции А и Б работы [1].

Толщины стенок и геометрия гофров ( лист 1 работы [1]). Огневая стенка имеет толщину 1мм. Рубашка, исключая переходные кольца, на участке от головки до критического сечения имеет толщину 2,5 мм, на участке закритической части сопла – 1,5 мм. Толщина гофрированных проставок – 0,5 мм.

Величина зазора в межрубашечном пространстве на большинстве участков составляет 3 мм, в районе критики (для обеспечения охлаждения) зазор уменьшен до 2,3 мм.

Длина и количество гофрированных проставок на докритической и закритической частях сопла определяются из условий прочности внутренней стенки КС. Шаг гофров со стороны большего диаметра проставки не должен превышать допустимых значений по шагу гофра: 6–7 мм. Со стороны меньшего диаметра проставки шаг гофров выбран 4 мм при радиусе изгиба гофра 0,4 мм. Форма гофра – синусоидальная.

Система охлаждения камеры сгорания. Камера охлаждается горючим, поступающим через два патрубка, приваренных к коллектору. Далее через сверления в корпусе коллектора горючее поступает в канавки гофрированной проставки, примыкающие к рубашке. Часть горючего (5,2 кг/с) идёт к срезу сопла, огибает секцию проставки у среза сопла и возвращается обратно по канавкам, непосредственно примыкающим к огневой стенке. Основная часть горючего идёт в сторону критического сечения. В конце крайней от среза сопла проставки оба потока соединяются и продолжают движение в сторону форсуночной головки.

Результаты расчёта теплопередачи в КС. Максимальное соотношение компонентов топлива в пристеночном слое (). Скорость охлаждающей жидкости возрастает от 3,7 м/с у среза сопла до 24,7 м/с в критической области и равна 7 м/с в цилиндрической части КС.

Максимальная температура огневой стенки камеры со стороны газов в критическом сечении – . Максимальная температура огневой стенки камеры со стороны охлаждающей жидкости – (у входа в сопло). Максимальная температура рубашки в месте спая с гофрами – (у форсуночной головки). Охлаждающая жидкость на входе в коллектор камеры имеет температуру , на входе в форсуночную головку – температуру .

Потери давления на трение и местные потери в межрубашечном зазоре составляют в среднем 1,08 МПа.

Узлы крепления (кронштейны, опора) ( листы 1 и 2 работы [1]). На каждой камере установлены два ряда кронштейнов: верхние кронштейны 28 – на стыке цилиндрической части КС с форсуночной головкой и нижние кронштейны 27 – на докритической части сопла. Каждый кронштейн состоит из стойки и ушка.

Кронштейны служат для соединения камеры с соседними камерами в блок. Для возможности сборки камер в блок кронштейны соседних камер имеют смещение относительно базовой плоскости Т на толщину ушка (сеч. Л – Л и сеч. М – М, лист 2 работы [1]). Геометрическая неизменяемость блока камер обеспечивается угловым смещением кронштейнов верхнего и нижнего рядов (вид А, лист 2 работы [1]).

На силовом кольце форсуночной головки приварена опора 10 (вид по стрелке Е, лист 1 работы [1]). Опора выполнена из поковки и служит для крепления двигателя к несущим элементам ракеты.

После приварки опор и кронштейнов камера проходит термообработку при температуре , а также гидро- и пневмоиспытания при давлениях соответственно 7,5 и 2,0 МПа. Затем камера проходит проливку и промывку по трактам горючего.

Воспламенение компонентов. Для воспламенения основных компонентов топлива применяется химическое зажигание. После заправки баков ракеты четырехкамерный двигатель заправляется пусковым горючим в количестве 30 л. Пусковым горючим заправляются магистрали горючего от насоса до клапана, установленного непосредственно перед входом горючего в камеру двигателя. Пусковое и основное горючее разделяется специальным клапаном.

В процессе запуска двигателя обеспечивается опережение поступления окислителя в камеру сгорания. Пусковое горючее, соприкасаясь с окислителем в камере, воспламеняется. Начинается процесс горения. Система подачи обеспечивает непосредственный переход процесса горения с пусковым горючим на горение с основным горючим.

Материалы. В конструкции камеры сгорания используют различные виды сталей, в том числе и специальные, стойкие по отношению к окислительной среде.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: