- •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
7.4 Виды испытаний рдтт
До начала огневых стендовых испытаний РДТТ проводятся автономные испытания его составных частей (корпусов, сопел, рулевого привода и т. д.) и элементов [3, 17, 40]. Эти испытания могут включать:
функциональные (например, срабатывание заглушки, работа рулевого привода и др.);
лабораторные (например, определение химической стойкости клеёв и материалов, определение теплофизических и механических характеристик материалов, топлива и т. п.);
модельные (например, определение удельного импульса тяги топлива на модельном двигателе или баллистическом маятнике, скорости горения твёрдого топлива в приборе постоянного давления и др.);
прочностные (например, разрушение корпуса, наддув инертного скреплённого заряда до рабочего давления с регистрацией датчиками параметров напряжённо-деформированного состояния корпуса и заряда и др.);
виброударные (например, имитация разделения ступеней, срабатывания порохового аккумулятора давления миномётного старта ракеты из шахтной пусковой установки и др.);
вибропрочностные (например, моделирование длительной транспортировки, полета ракеты на вибростендах и др.);
динамические (например, раскрытие сопла с переменной степенью расширения и др.);
макетирование (например, отработка сборки РДТТ, проверка точностных и геометрических характеристик и т.д.);
ускоренные климатические на образцах (для отработки заданного гарантийного срока моделированием старения топлива и материалов, процессов возможного газовыделения, для проверки совместимости контактных границ различных материалов и др.).
Комплексные огневые стендовые испытания (ОСИ) РДТТ на горизонтальном или вертикальном стенде проводятся для проверки материалов соплового тракта, ТЗП, заряда, воспламенителя, узлов стыковки в диапазоне температур боевого применения, в том числе после переменного термостатирования в условиях, максимально приближённых к реальным, и оценки соответствия характеристик требованиям ТЗ.
В процессе таких ОСИ определяются:
внутрибаллистические, энергетические и тяговые параметры РДТТ;
параметры органов управления;
температурные и вибрационные режимы элементов двигателя;
деформации корпуса двигателя.
В процессе эксплуатационных испытаний проводится проверка работоспособности двигателя при различных условиях, возможных в процессе эксплуатации, в том числе:
транспортные испытания на расстояния в условиях, заданных в ТЗ;
ускоренные климатические испытания для подтверждения гарантийных сроков;
предельные испытания с имитацией сочетания нагрузок;
испытания на безопасность (в том числе при случайном падении, воздействии открытого огня, при прострелах пулями, осколками) при аварийных ситуациях и др.
Этап наземной отработки «Изготовление опытных образцов, автономные и комплексные испытания» (пункт 5 таблицы 7.1) в организационном плане целесообразно разделить на подэтапы [40]:
автономные испытания (отдельная отработка и проверка работоспособности составных частей РДТТ, разрабатываемых по выданному разработчиком РДТТ техническому заданию);
оценочные испытания – до двух ОСИ для уточнения отдельных элементов конструкции РДТТ) (проверка работоспособности РДТТ на огневом стенде для оценки достаточности автономной отработки составных частей и узлов РДТТ, материалов и твёрдого топлива, а также возможности выполнения требований ТЗ);
доводочные испытания до 68 ОСИ (выявление необходимых доработок конструкции и технологии изготовления РДТТ с целью выполнения требований ТЗ, проверка функционирования после различных видов нагружений, транспортировки, термостатирования и др.);
предварительные испытания (завершающие доводочные испытания) – обычно 1–2 ОСИ (испытания окончательной, доработанной по результатам предыдущих испытаний конструкции РДТТ перед выходом на межведомственные испытания для подтверждения завершения автономной отработки РДТТ, проверки соответствия двигателя требованиям ТЗ и определения возможности предъявления РДТТ на приёмочные испытания).
Приёмочные или межведомственные испытания (МВИ) проводятся под руководством специальной комиссии, назначенной Генеральным заказчиком, для решения вопроса о поставке РДТТ на лётные испытания и подтверждения выполнения требований ТЗ.
В процессе МВИ подтверждается работоспособность РДТТ в условиях, приближенных к реальным (на крайних температурах диапазона). При этом комиссия проверяет:
соответствие характеристик требованиям ТЗ;
полноту и степень отработки комплекта конструкторской, технологической и эксплуатационной документации;
готовность документации для серийного производства;
готовность двигателя к лётным испытаниям (ЛИ).
На лётных испытаниях, как правило, проводятся:
всесторонняя проверка и подтверждение характеристик двигателя в условиях полета ракеты;
подтверждение достаточности и эффективности наземной экспериментальной отработки двигателя;
проведение отработки, которую невозможно осуществить в наземных условиях, например, подтверждение прочности при воздействии акустических нагрузок, перегрузок, колебаний ракеты, ударов и вибраций при разделении ступеней, а также от работы РДТТ других ступеней и вспомогательных РДТТ.
С целью подтверждения сохраняемости условного двигателя 21Д200 в течение гарантийного срока (и назначенного срока службы) могут быть организованы испытания двигателя в составе ракеты (или отдельно) длительным хранением. Они проводятся для проверки возможного изменения каких-либо характеристик, влияющих на надёжность, внутрибаллистические параметры и энергетические показатели РДТТ, которые при отработке подтверждались ускоренными климатическими испытаниями образцов из материалов элементов РДТТ.
