Отработка мву

При отработке МВУ необходимо было выполнить следующие требования:

– МВУ разместить на камере с цилиндром диаметром 110 мм;

– МВУ должно содержать 4 заряда с навесками ВВ в 0,6 и 1 г;

– при огневом испытании должна обеспечиваться продувка азотом полости МВУ при перепаде давлений 5 кгс/см² в течение всего времени испытания.

Разработчиком и поставщиком зарядов ВВ является ФКП «НИЦ РКП». Этим предприятием и были разработаны и отработаны на имитаторе типовые конструкции МВУ и даны методические указания на их эксплуатацию.

Примененное на камерах двигателя РД0124 малогабаритное четырехзарядное МВУ (рис. 1) разработано в ОАО КБХА и отработано при огневых испытаниях камеры для серийного двигателя РД 0245.

Рис. 1. МВУ конструкции ОАО КБХА

По огневым испытаниям определена связь длины получаемой волны с длиной пути, проходимого механической волной по стенкам от плоскости разделительной мембраны заряда до датчика, расположенного относительно ВУ под углом 180º:

L_ст = L_ву + L_шт + πd_ст.к/2,

где L_ст – длина корпуса ВУ (до заряда);

L_шт – длина штуцера подсоединения ВУ;

d_ст.к – диаметр наружной стальной стенки камеры.

Длина пути волны по газу L_газ = L_ву + L_шт + d_к.

При скорости распространения механической волны в стали примерно 5000 м/с [2] можно оценить скорость распространения волны давления в газовом объеме КС.

Время движения волны

.

Скорость распространения газовой волны: V_газ = L_газ/t_газ = L_газ/t_ст + ∆t,

где ∆t – разница во времени между регистрацией механических волн и волной давления, образованной в результате подрыва ВВ.

Результаты конкретного отстрела с навеской ВВ в 1 г:

L_газ = 0,122 + 0,14 +0,034 = 0,296 м,

V_газ = 688 м/с.

Для прогнозирования величины амплитуды первого возмущающего пика давления для КС двигателя РД0124 необходимо знать коэффициент усиления (К_уд).

Для МВУ с навесками ВВ низкоскоростной детонации (НСД) в 0,6 и 1 г этот коэффициент находится в диапазоне 1,35-3,15 [3]. Значительный разброс величин объясняется зависимостью данного коэффициента от следующих факторов:

- особенностей смесеобразования и рода топлива;

- соотношения компонентов топлива;

- величины амплитуды начального возмущения;

- величины амплитуд колебаний, предшествующих возмущению.

А₀ определяется по формуле:

А₀ = Р_к (ℓ^.с)^-0,06 G (d_к / d₀^* - 1)^0,16,

где Р_к и с – давление и скорость звука среды в камере;

G – величина заряда ВВ в МВУ;

d_к, ℓ - диаметр канала и расстояние до датчика;

d₀^* - минимально возможный диаметр канала, через который проходит ударно-волновое возмущение (для МВУ с ВВ низкоскоростной детонации (d₀^* = 2 мм).

Для КС двигателя РД0124 при давлении в камере 160 кгс/см² и длине ℓ = 105 мм от подрыва заряда с навеской заряда в 1 г амплитуда составляет А₀ = 40 кгс/см² для среды "воздух" [3]. Акустическое сопротивление ρс рабочей среды в камере сгорания по сравнению с акустическим сопротивлением среды "воздух" при одинаковом давлении отличается значительно

ρс_воздух = 188·330 = 62,04∙10³ кг/м²·с;

ρс_кс = 12,29·1230 = 15,11∙10³ кг/м²·с.

Акустическое сопротивление среды в КС двигателя РД0124 составит 0,243 от акустического сопротивления среды "воздух". Следовательно, значение амплитуд первого пикового возмущения при «отстреле» заряда с навеской ВВ в 1 г достигнет примерно А₀ ≈ 10 кгс/см². При уровне «шумов» - значении амплитуд в спектре суммарного сигнала до 0,4 кгс/см², такого значения А₀ достаточно. По нормативной документации отношение А₀ к А_ср шумов должно быть ≥ 15. В нашем случае отношение этих величин составляет ≈ 25.

При оценке применимости МВУ конструкции ОАО КБХА была проведена расчетная оценка скорости столкновения мембран МВУ со стенкой КС и возможного прогиба стенки.

Предельные оценки скорости выхода мембраны из МВУ дают значения W_мемб = 290-920 м/с. Минимальная величина получена в случае движения с полным погашением скорости в пространстве МВУ до выводящего канала с последующим ускорением под силовым воздействием истекающего газа, пропорциональным квадрату относительной скорости обтекания мембраны газом при минимальной площади ее сечения. При этом скорость газа в канале близка к скорости звука (W~960 м/с). Давление в объеме МВУ оценивается величиной  ≈ 810 кгс/см² при максимальной применяемой навеске ВВ в 1,4 г и ≈ 350 кгс/см² при навеске 0,6 г.

Максимальная величина W_мемб получена из условия полного использования энергии пороховых газов без взаимодействия мембран со стенками МВУ.

При расчете движения мембраны в огневом пространстве камеры учитывалась сила сопротивления газа в КС.

Получено, что скорость столкновения мембраны с поверхностью противоположной стенки КС оценивается величиной W = 280 – 900 м/c при энергии ударного воздействия мембран Е_кин в пределах от 0,5 до 5,2 кгс·м.

Возможная деформация бронзовой внутренней стенки двухслойной оболочки цилиндра КС составит 0,2 - 2,1 мм.

Было решено использовать ВВ с навесками 0,6 и 1 г (максимальную массу пороха в 1,4 г не применять).