Фахрутдинов И.Х., Котельников А.В. - Конструкция и проектирование ракетных двигателей твёрдого топлива, страница 11

Изложница имеет толстые стенки и ребра для увеличения жесткости. Она может использоваться неоднократно. Технологический процесс изготовления заряда не отличается от ранее описанного. Готовый заряд после контроля качества устанавливают внутри разъемного корпуса. Центрирование осуществляется пластинками (сухарями), наклеенными на поверхность заряда. Корпус устанавливается в вертикальном положении.

Через трубопровод, подсоединенный к нижней технологической крышке, в щель между зарядом и корпусом подается под давлением скрепляющая масса. Для исключения образования воздушных включений полость двигателя вакуумируется. После заполнения зазора масса подвергается полимеризации. С тем, чтобы не было отслаивания заряда от днищ при температурных изменениях, на торцах приклеиваются эластичные прокладки— защитно-компенсационные манжеты (ЗКМ).

ЗКМ скрепляются с ТЗП корпуса только в месте соединения днища с цилиндрической ' тистью. При работе двигателя ЗКМ предотвращает проход газов в зазор между зарядом н корпусом, а также компенсирует изменение размеров. Описанный способ изготовления позволяет более качественно контролировать заряд.

Его целесообразно применять в случае малой жесткости корпуса двигателя н при относительно больших размерах заряда. В случаях, когда корпус двигателя выполняется из полимерного материала — стеклопластика или органопластика, возможен третий способ. Заряд отливается в изложнице. Процесс изготовления аналогичен ранее описанному. На поверхность изготовленного и проверенного заряда наносится герметизирующий слой, в требуемых местах укладываются ТЗП и детали фланцы — фитинги, обеспечивающие крепление сопловых раструбов, сопл противо- тяги, устройства для крепления воспламеннтеля и других силовых элементов. Затем на заряд, как на оправку, наматывается лента (ровница), пропитанная смолой. Намотка ведется до получения заданной толщины стенки корпуса. Далее сборку помещают в термостат для полнмеризации.

Это наиболее сложная операция, требующая жесткого регламента и продолжительного времени вы- 45 згмх г а .с,дух. Ри )7а .') Ри ,ла. 2,3. КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧИТ ЗАРЯДА держки. Вторичное пребывание заряда в термостате приводит к ускоренному старению его, потере эластичности и возможности образования микротрещин 126 ). )п,х ) где )с — средняя по времени тяга РДТТ; т — время работы РДТТ. Время работы определяется толщиной свода й, заряда ТРТ. Среднюю скорость горения топлива можно найти как и = й/т. ср При постоянной скорости горения заряда и неизменных параметрах сопла изменение тяги РДТТ соответствует зависимости изменения поверхности горения.

Таким образом, придавая топливному заряду определенную форму, можно программировать зависимость изменения тяги и время работы РДТТ. 2.3.2. Форма н расчет геометрических характеристик Различают заряды с увеличивающейся, постоянной, уменьшакйцейся поверхностями и со ступенчатым изменением поверхности горения (рис. 2.5).

Требуемая зависимость изменения 46 (2.1) 2.3.1. Масса заряда Общий запас топлива на ракете и распределение его по ступеням определяется в процессе оптимизации ракеты. Значение массы топлива от для каждого двигателя указывается в ТЗ на проектирование двигателя.

Там же указываются приблизительные энергетические характеристики топлива, тяги двигателя, закон изменения тяги по времени, время работы и др. Расчет двигателя, как правило, начинается с выбора марки топлива. Затем определяются условия заряжания и форма заряда. При заданных ограничениях по наружному диаметру и длине заряда рассчитанные геометрические характеристики и принятая в качестве исходной марки топлива могут не полностью соответствовать требованиям ТЗ. Поэтому задаются несколькими марками твердого топлива, определяя для каждой из них основные характеристики заряда.

Методом последовательных приближений подбирают наиболее подходящую комбинацию параметров. В результате такого анализа устанавливаются исходные для последующих расчетов параметры: удельный импульс тяги / д, плотность топлива р,; показатель изоэнтропы /е; газовая постоянная )е; температура горения при постоянном давлении Тю зависимость скорости горения и = ихРт или и = АР + В; термохимическая константа В, физико-механические характеристики и др. Масса топлива еу может быть определена в первом приближении как отношение н,с цс 'гг с а) б) ж Рнс.

2.5. Диаграммы 5 (ч)' Ри (х): я — с увеличивающейся поверхностью горения; б — с уменьшающейся поверхиостью горения; в — с поверхиостью горения, неменяющейся ступенчато (стартовая — маршевая) поверхности горения достигается приданием определенной формы заряду и нанесением на некоторые поверхности бронирующего покрытия, которое защищает часть поверхности заряда РДТТ от воздействия продуктов сгорания ТРТ и воспламенителя. Характеристикой изменения формы служит величина о, равная отношению текущего значения площади поверхности горения 5 к начальному значению той же поверхности Виан, о = 8/Внач.

Для прогрессивной формы заряда о ) 1; для нейтральной о = 1; для дегрессивной о < 1. Рассчитать изменение поверхности горения заряда любой формы можно, используя геометрический закон горения твердого топлива, который предполагает, что горение топлива идет параллельными слоями, т.

е. в каждый последующий момент горящая поверхность перемещается параллельно исходной. Эта зависимость принята с учетом следующих допущений: воспламенение заряда происходит мгновенно и одновременно; Нппрпбненсе б/ а) Рнс. 2.6. Изменение поверхности горения заряда: а — выступ заряда; б — впадин» наряда; в — выступ с цилиндрической поверхиостьюг г — и <и д — и >П е — о= г 4т -Х Рнс. 9.7.

Схема приближенного способа расчета поверхности горения твердотоплнвного заряда топливо имеет однородный химический состав и физические свойства; в многошашечном заряде составные элементы идентичны; скорость горении заряда одинакова во всех его точках. В процессе горения заряды сложной формы могут изменять характер первоначальной поверхности. Если заряд имеет выступающую часть, направленную в сторону газовой фазы, то в этом месте может образоваться острый выступ. Если же острый угол обращен в сторону заряда, то в этом месте образуется дуга окружности. Заряды простых форм, горящие только по внутренним поверхпастям, имеют прогрессивный характер газообразования, заряды с горением ио наружным поверхностям имеют дегрессивный характер горения (рис.

2.6). Наиболее просто рассчитывается изменение поверхности горения в зарядах осесимметричной формы. Для проведения расчета рассматривается половина продольного сечения осесимметричного заряда (рис. 2.7) 113). Контур сечения образован прямыми линиями и дугами окружности. Если в контуре встречаются кривые, отличающиеся, от дуг окружности, то их заменяют комбинацией прямых и дуг. Поскольку горение заряда происходит параллельными слоями, разбивая свод, на отдельные участки, получим сеть контуров, состоящих из параллельных прямых и дуг концентрических окружностей.

Каждый из контуров соответствует положению горящей поверхности в фиксированный момент. Из-за изменения поверхности в процессе горения число линий контура может изменяться в большую илн меньшую сторону. Вращением линии контура относительно оси симметрии определяем поверхность отдельного участка горящей поверхности. Общая площадь поверхности горения заряда находится как сумма поверхностей отдельных участков. Площадь поверхности, образованной вращением отрезка прямой линии относительно оси симметрии, можно определить па формуле: Я = п1 (у, + уа), где 1 — длина отрезка прямой; у„у, — координаты концов пря- мой по оси 01'. Площадь поверхности, образованной вращением дуги окружности относительно оси симметрии, можно определить по формуле: Я = 2п ~уз(г, + 1) агсз1п + ' ~ (га+ 1) х~ *, где ге — начальный радиус окружности; х„у, — координаты центра окружности.

Пока в контуре не произошло изменение числа линий, расчет одного и того же контура ведется с учетом изменения координат отрезков и положения центра дуги окружности. После изменения числа линий в контуре форма его меняется. Это необходимо учитывать при расчете. Очень важно установить момент изменения вида контура н исключить или доба. вить новые линии. Исчезновение семейства линий происходит в тат момент, когда смыкаются два соседних с ннм семейства линий. На рнс. 2.7 начальный контур продольного сечения заряда обозначен цифрами от 1 до 11. Горение заряда происходит по всему контуру кроме участка 1 — П (жирная линия), где на заряд нанесено бронирующее покрытие. Направление перемещения фронта горения указано стрелками.