- •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
8.2 Твёрдотопливная ракета морского базирования рсм-52 («Тайфун»)
В 1974 г. под руководством Генерального конструктора академика АН СССР В.П. Макеева были начаты работы по созданию крупногабаритной МБР РСМ-52 стратегического назначения на твёрдом топливе для оснащения атомных подводных ракетоносцев («Тайфун») [10].
Достаточно высокий уровень достигнутых на первых твёрдотопливных ракетах характеристик топлив и РДТТ в целом, первый опыт их эксплуатации и высокая надёжность показали возможность применения твёрдотопливных ракет для вооружения подводных лодок. Это предопределило, наряду с развитием ракетных комплексов с ЖРД, разработку твёрдотопливного комплекса РСМ-52 [14].
Твёрдотопливная ракета БРПЛ РСМ-52 занимает особое место в отечественных разработках, так как по своим техническим решениям и характеристикам она существенно превзошла предшествующие ракеты. Её создание послужило толчком к расширению производственных и экспериментальных баз для отработки РДТТ, разработке новых высокоэнергетических топлив и эффективных композиционных материалов, завершению формирования современного научного и методического подхода к проектированию РДТТ.
Применение РДТТ в условиях БРПЛ требует более высокого энергетического потенциала маршевых двигателей по сравнению с двигателями ракет наземного базирования для выполнения одной и той же боевой задачи по дальности стрельбы и массе полезной нагрузки [31]. Это связано с ограничениями по габаритам ракеты, с повышенными требованиями к безопасности и надёжности, особенно в начальное время работы маршевого двигателя первой ступени, условиями старта ракеты из подводного положения.
К началу крупномасштабных по разработке топлив и зарядов для маршевых РДТТ БРПЛ комплекса «Тайфун»:
имелся опыт создания топлив и зарядов к первым баллистическим ракетам на твёрдом топливе;
существовала экспериментальная база для отработки и серийного производства РДТТ.
Из-за повышенных требований по надёжности первой ступени (запуск РДТТ вблизи носителя) было признано целесообразным использовать для заряда первой ступени топливо на основе БК, имевшего очень высокие механические характеристики. А на вторую ступень предусматривалось топливо с более высокими энергетическими характеристиками.
Научным руководителем работ по отработке зарядов по этой ракете был Н.А. Макаровец (в настоящее время Генеральный конструктор одного из ведущих оборонных предприятий России ГНПП «Сплав», разрабатывающего современные системы залпового огня, которые являются вторым брэндом нашей страны в области вооружений после автомата Калашникова, Герой России).
На этом комплексе в ФНПЦ «АЛТАЙ» были отработаны маршевые заряды к первой и второй ступеням в корпусах типа «кокона» с Kv = 0,92 и 0,94 соответственно. Конструкции зарядов – моноблоки с каналом типа «многолучевая звезда». Конструкции таких зарядов просты, технологичны, не требуют больших трудозатрат на фазах «концевых» операций и обеспечивают приемлемые параметры эффективности двигателей.
Для существенного повышения энергетических характеристик маршевых РДТТ необходимы принципиально новые энергоёмкие компоненты. В ходе создания ракеты РСМ-52 проводилась параллельная отработка заряда второй ступени на топливе с гидридом алюминия, производственные мощности которого были созданы в г. Исфаре (Таджикистан) и г. Навои (Узбекистан) при активном участии ФНПЦ «АЛТАЙ». Научное руководство разработкой топлив с гидридом алюминия непосредственно осуществлял академик РАН, профессор Г.В. Сакович [21].
В 1982 г. был завершён основной объём работ по отработке заряда к двигателю второй ступени на топливе с гидридом алюминия, выдано заключение о его допуске к этапу летных испытаний, но внедрение этого двигателя не состоялось, поскольку лётные испытания ракеты РСМ-52 к тому времени уже закончились.
В настоящее время топлива с гидридом алюминия обладают наиболее высокими энергетическими показателями из числа всех разработанных СРТТ в нашей стране и за рубежом [13].
Для ракетной системы старта были разработаны вкладные заряды. В этом комплексе также разработаны заряд торцевого горения, скреплённый с корпусом, к двигателю крена второй ступени и ряд зарядов к специальным ПАД и газогенераторам.
Завершение работ по БРПЛ РСМ-52 одновременно означало формирование современного научно-методического и технологического фундамента для создания и производства высокоэффективных зарядов РДТТ в СССР.