- •Бийский технологический институт (филиал)
- •А.В. Яскин конструкции и отработка ракетных двигателей на твёрдом топливе
- •Содержание
- •Введение
- •1 Конструктивно-компоновочные схемы ракетных двигателей на твёрдом топливе (рдтт)
- •1.1 Общая характеристика рдтт и его составных частей
- •1.2 Физические процессы, происходящие при работе рдтт
- •1.3 Рдтт баллистических ракет и космических систем
- •1.3.1 Рдтт межконтинентальных баллистических ракет
- •1.3.2 Космические системы
- •2 Корпуса рдтт
- •2.1 Конструктивные схемы корпусов рдтт
- •1 Примотанная к силовой оболочке консольная обечайка корпуса; 2 оболочка корпуса (второй кокон); 3 силовая оболочка (первый кокон)
- •1 Корпус двигателя; 2 ракетный отсек; 3 периферийный центральный шпангоут корпуса
- •1 Нижний удлинённый узел стыка корпуса; 2 узлы крепления специального двигателя; 3 специальный двигатель
- •1 Укороченные узлы стыков корпусов двигателей верхней и нижней ступеней ракет; 2 ракетный отсек
- •1 Периферийное отверстие на корпусе с крышкой; 2 – верхнее центральное (полюсное) отверстие в корпусе с крышкой; 3 нижнее центральное (полюсное) отверстие в корпусе
- •1 Верхнее днище корпуса; 2 разъёмы на цилиндрической (конической) части корпуса; 3 нижнее днище корпуса
- •Корпуса рдтт из композиционных материалов
- •2.2.1 Общее описание конструкции корпуса
- •1 Верхний шпангоут; 2 слой резины; 3 верхний стыковочный узел; 4 эластичный клин; 5 нижний шпангоут; 6 заклепки
- •2.2.2 Обеспечение герметичности корпусов
- •2.2.3 Конструкционные и теплозащитные материалы
- •2.3 Металлические корпуса рдтт
- •2.3.1 Особенности конструирования металлических корпусов
- •1, 3 Шпангоуты; 2 обечайки
- •1, 3, 10 Фланцы; 2 переднее днище; 4, 7, 8 шпангоуты; 5 обечайка; 6 пластиковый слой; 9 заднее днище; I местное увеличение толщины обечайки в зоне сварки
- •1 Шпангоут; 2 днище; 3 фланец
- •1 Крышка; 2, 4, 8 шпангоуты; 3 обечайка; 5, 7 регулировочные кольца; 6 корпус газосвязи; 9 соединительная труба
- •2.3.2 Корпуса рдтт вспомогательного назначения
- •1 Днище; 2 коническая обечайка; 3 теплозащитное покрытие; 4 манжета (бронирующий чехол); 5 стыковочный шпангоут; 6 крепление манжеты к тзп
- •1 Стыковочный шпангоут; 2 обечайка корпуса; 3 теплозащитное покрытие; 4 эластичный клин
- •2.4 Сборка корпуса рдтт с передней крышкой и сопловым блоком
- •2.4.1 Разъёмные соединения
- •2.4.2 Уплотнительные узлы и устройства
- •2.4.3 Методы контроля степени негерметичности
- •3 Сопловые блоки рдтт
- •3.1 Типовая конструкция сопла. Применяемые материалы
- •1 Утопленная часть; 2 раструб; 3 разрезное кольцо; 4 теплоизолирующая подложка; 5, 6 шпонки
- •3.2 Сопла с переменной степенью расширения
- •1 Сопло; 2 утопленное сопло; 3 раздвижное сопло
- •3.3 Конструкции сопловых заглушек
- •4 Узлы системы запуска, отсечки тяги рдтт
- •4.1 Узлы системы запуска двигателя
- •4.1.1 Инициаторы
- •4.1.2 Узлы газовой связи
- •4.1.3 Воспламенители
- •1 Футляр; 2 навеска
- •1 Пакет; 2 навеска
- •1 Мембрана; 2 крышка; 3 воспламенитель; 4 воспламенительный состав; 5 корпус; 6 герметизирующая оболочка; 7 форсажная трубка
- •1 Фланец; 2 предвоспламенитель в футляре; 3 плетеный каркас; 4 топливные шашки; 5 центрирующая форсажная трубка
- •4.2 Узлы отсечки тяги
- •1 Дуз; 2 пиродетонатор; 3 раструб отсечки; 4, 6 положение
- •7 Передающий дуз
- •5 Заряды рдтт
- •5.1 Основные конструктивные формы зарядов твёрдого топлива
- •5.2 Особенности работы торцевого заряда, прочно скреплённого с корпусом
- •5.3 Бронирующие покрытия
- •6 Перспективные композиционные материалы для рдтт
- •7 Опытно-конструкторские работы по созданию рдтт
- •7.1 Организация опытно-конструкторских работ (окр)
- •7.2 Этапы создания ракет и рдтт и задачи, решаемые при проектировании
- •7.3 Структура методических документов для отработки рдтт
- •7.4 Виды испытаний рдтт
- •7.5 Анализ отказов рдтт при стендовых испытаниях
- •8 Оснащение баллистических ракет подводных лодок (брпл) твёрдотопливными зарядами разработки фнпц «алтай»
- •8.1 Первая отечественная твёрдотопливная ракета морского базирования рсм-45
- •8.2 Твёрдотопливная ракета морского базирования рсм-52 («Тайфун»)
- •8.3 Твёрдотопливная ракета морского базирования рсм-52в («Барк»)
- •8.4 Эффективность проведённых разработок
- •8.5 О ликвидации зарядов рдтт после завершения срока службы ракеты
- •8.6 Применение флегматизирующих покрытий для регулирования расхода рдтт
- •Приложение а Проектирование и проектный расчёт заряда рдтт
- •А.2 Основные расчётные зависимости, используемые при проектировании заряда рдтт а.2.1 Расчёт площади горящей поверхности
- •А.2.2 Давление в камере сгорания
- •А.2.3 Текущие массовый расход продуктов сгорания и тяга рдтт
- •А.2.4 Определение проектных средних параметров заряда
- •А.2.5 Предельное максимальное давление в камере сгорания
- •А.3 Расчёт характеристик заряда а.3.1 Перечень исходных данных для курсового проекта
- •А.3.2 Перечень выполняемых расчётных работ в курсовом проекте
- •А.4 Требования к содержанию и оформлению курсового проекта
- •А.5 Пример расчёта а.5.1 Исходные данные
- •А.5.2 Расчёт
- •Литература
- •Конструкции и отработка ракетных двигателей на твёрдом топливе
2.4.2 Уплотнительные узлы и устройства
Герметизация конструктивных стыков РДТТ имеет исключительно важное значение в связи с тем, что твёрдотопливные двигатели представляют собой конструкции одноразового применения и не могут быть проверены в рабочем режиме. В большинстве случаев окончательно собранный двигатель не может быть испытан на герметичность рабочим давлением. Поэтому нужны высоконадёжные уплотнительные узлы. Конструкторами разработаны разнообразные системы уплотнений.
При конструировании уплотнительных узлов РДТТ следует различать требования по герметичности при воздействии эксплуатационных нагрузок, возникающих в процессе хранения и транспортирования (эксплуатационная герметичность), и требования по герметичности при работе двигателя (рабочая герметичность). При эксплуатации уплотнители работают при малых перепадах давлений. Для обеспечения эксплуатационной герметичности необходимо осуществить защиту от влаги герметизируемого объёма камеры сгорания и ограничить газовыделение из РДТТ в окружающую среду [1, 2].
При работе двигателя на уплотнители воздействуют высокие давления, значительные тепловые потоки, агрессивная среда, вибрационные нагрузки, но при этом утечка рабочих газов, приводящая к нарушению герметичности РДТТ, не допускается. При рабочих нагрузках изменяются геометрические размеры посадочных мест, а сами уплотнители деформируются. Влияние этих факторов оценивают при отработке РДТТ. Невозможность контроля окончательно собранного двигателя рабочим давлением обусловлена ограничением по предельному давлению герметизирующих рабочих сопловых заглушек, газопроницаемостью большинства эрозионностойких материалов, большим количеством клеевых соединений, которые обеспечивают работоспособность соединения при комплексном нагружении (не только давлением, но и температурными нагрузками) [1, 3].
Для обеспечения высокой надёжности уплотнительных стыков в РДТТ широко применяют дублирование уплотнительных узлов, устранение неконтролируемых стыков, применение высокочувствительных методов контроля, переход на неразборные стыки (сварные, паяные).
Различают подвижные и неподвижные уплотнительные узлы в зависимости от того, перемещаются уплотняемые поверхности относительно друг друга или нет. Подвижные уплотнения предназначены для герметизации узлов с вращающимися и поступательно движущимися парами (резиновые и резинотканевые манжеты, поршневые кольца и др.). По расположению уплотняющих элементов уплотнительные узлы подразделяют на торцовые и радиальные [1].
В РДТТ наиболее широко применяют уплотнения с металлическими прокладками (при относительно небольших диаметрах соединений и возможности осевой затяжки) и уплотнения с резиновыми кольцами круглого и эллиптического сечения. Оба уплотняющих элемента (металлические прокладки и резиновые кольца) после переборки двигателя должны заменяться [1].
При использовании алюминиевых и медных прокладок необходимо проводить повторную подтяжку соединения после определённой выдержки. Для повышения надёжности и работоспособности резиновые кольца целесообразно защищать фторопластовыми кольцами.
Марка резины выбирается в зависимости от условий эксплуатации (состава рабочей среды, температурного интервала работы РДТТ, внутрикамерного давления, времени воздействия рабочей среды, срока хранения).
Для надёжности герметичности используют различные герметизирующие составы типа унигермов или анатермов, а также конструктивно-технологические приёмы: уменьшение зазоров (повышение класса точности сопрягаемых деталей), использование посадок с натягом [1].
Уплотнительные узлы должны обеспечивать [1]:
заданную норму негерметичности, выражаемую обычно через контрольную течь (в лмкм рт. ст./с );
надёжность и работоспособность узлов уплотнений в условиях эксплуатационных нагрузок;
требования к монтажу уплотнений, исключающих их повреждаемость;
требуемые гарантийные сроки при отсутствии регламентных работ;
контролепригодность и доступность контроля;
заданную степень обжатия для резиновых и полимерных уплотнителей с учётом гарантийного срока (релаксационных явлений), а также исключение перекручивания при монтаже.