Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 34
Текст из файла (страница 34)
те к Земле, и др,), применяют в камере сгорания и сопле основного ЖРД (рис. 8.7) и восьми ЖРД ориентации ступени разделенин головных частей МБР М-Х, причем камеру изготавливают из монолитной бернллиевой заготовки; на внутреннюю поверхность камеры сгорания и сопла наносят слой абляционного материала, причем на сопле последний имеет низкую плотность. Бериллий отличается прочностью и долговечностью, в также не Рнс. 8.7. Основной жРд ступвня разведения МБР М-Х: 1 — омсснтвпьная головка; 2 . корпус камеры; 3 — ксвпаровый корпус сопла; 4— спой вбпяцнонного материала вязкой плотности пв внутренней поверхностн сопла; 5 — гибкое соединение; 6 - кврпвнный поднос; 7 — слой вбпяцнонного материала нв внутренней поверхностн камеры сгорання; 8 — главные кнапаны окислителя н ~ опючего 156 тр у еб ет покрытия.
В качестве абляционного материала используется, в частности, материал на основе фенольной смолы и двуокиси кремния, 11учпсгое охлаждение обеспечивает простоту конструкции и относительно малую массу камеры ЖРДМТ по сравнению с абляционным охлаждением, особенно при большом времени работы двигателя. При лучистом охлаждении создается большой тепловой поток в окружающую среду, Это может вызвать поврежденин соседних элементов конструкции ЛА, поэтому желательно открытое размещение камеры, а не внутри отсека ЛА, Для камер с лучистым охлаждением характерна высокая температура стенок ка еры что обусловливает необходимость применения тугоплавких металлов 1молибдена, вольфрама, тантала и ниобия) и сплавов на их основе.
Характеристики и срок службы камер с лучистым охлаждением определяются выбранными жаропрочными и тугоплавкими металлами и покрытиями, предотвращающими окисление жаропрочньзх и тугоплавкнх металлов при повышенных температурах, При этом покрьпия должны обладать достаточно высокой адгезией. Ограничения температуры стенок достигают также путем подбора соответствующей комбинации смесительной головки и конфигурации камеры сгорания.
Кам ЖРДМТ МА-109 КК "Аполлон" тягой 441 Н изготавливали из ниобия с снлнцидным покрытием. На горловину сопла наносили по рамеру к ытие из дисилицида молибдена. Для аналогичных камер применяли молибденовый сплав, содержащий добавки Т1 и Хг, нли молибден с покрытием из дисилнцица молибдена Мо Рй з, Для изготовления сопловых насадков, использующих лучистое охлаждениее, также применяют тугоплавкие и жаропрочные металлы. Сопло камеры ЖРДМТ КА *'Маринер 9" изготовляли из жаропрочной стали с присацками кобальта, такое сопло во время работы нагревалось докрасна (до температуры примерно 1375 К) .
Кроме малой химической стойкости к продуктам сгорания тугоплавкие металлы являются дорогими материалами, а изготовление из них камер отличается сложностью вследствие хрупкости указанных металлов. Разработка стойких к окислению покрытий тугоплавких металлов с большим ресурсом представляет собой определенные трудности. В некоторых случаях покрытие не только защищает поверхность стенки от окисления, но и увеличивает ее излучательную способность, что обусловливает дополнительное снижение температуры стенки. Такими свойствами обладает, в частности, слой окиси алюминия, нанесенный на поверхность стенки из никелевого сплава. Длн создания пленочного охлажцения стенок камеры сгорания и сопла на периферии головки камеры размещают форсунки, создающие пристеночный слой с избытком окислителя или горючего (последнее применяют чаще) .
Например, в головке камеры ЖРД К4П-11 наряду с восемью двух- струйными форсунками со сталкивающимися струнми окислителя и горючего имеютсн 1б форсунок для обеспечения пленочного охлаждения, 157 Пленочное охлаждение окислителем использовалось, как указано выше, для стенок цилиндрической части камеры сгорания ЖРД тягой 10 и 400 Н ИСЗ "Симфония" и используется для стенок камеры вспомогательных ЖРД МБР "Минитмен Ш", для чего тратится горючее (примерно 13 % общего расхода) . Стенки последней (а также ее смесительную головку) изготавливают из ниобиевого сплава БСЬ-291.
Выбор этого сплава обусловлен его инертностью по отношению к азотной кислоте, которая может образовываться при длительном хранении четырехокиси азота. Камеры с пленочным охлаждением выдерживают высокие значения поверхностной плотности теплового потока и обладают минимальными значениями указанной плотности в окружающую среду, Для таких камер характерны потери, вызванные снижением эффективности горения в лристеночном слое. Пленочное охлаждение часто применяют в комбинации с лучистым, при этом камеру изготавливают также из тугоплавких металлов.
Например, у камеры с пленочным охлаждением, выполненной из ниобия, допустимая температура стенок составляет 2030 К. Специфичное охлаждение применялось для камеры ЖРД В8-2101С КА "Викинг-75". Горючее распылялось на внутренней поверхности стенок сужавшейся части сопла, испарялось, отбирая тепловые потоки, распространяющиеся по стенке из указанной части сопла к цилиндрической части камеры. Это распространение обеспечивалось тем, что камеру сгорания изготавливали из бериллия, обладающего очень высокой теллопроводностью. В цилиндрической части камеры теплота поглощается испаряющейся пленочной завесой, подаваемой в нее со стороны сужающейся части сопла.
Такое охлаждение называют внутренним регенеративным охлаждением. Комбинация внутреннего и лучистого охлаждения применена в камере вспомогательного двигателя ДУ реактивной системы управления МТКК "Спейс шаттл", при этом у стенки камеры сгорания и сопла создается слой продуктов сгорания с избытком горючего. Это осуществляется изменением угла впрыска части горючего, идущего на пленочное охлаждение Более крутой угол улучшает охлаждение в зоне стыка распылительной головки и камеры сгорания, что приводит к уменьшению температуры головки при цикле работы двигателя.
Слой термонзоляционного материала с низкой теплопроводностью может работать при температуре стенок камеры сгорания 1700 К. При максимальной температуре стенки в минимальном сечении сопла 1285 К обеспечивается ресурс камеры 7,2 1О' с, Максимальное время непрерывной работы составляет 125 с, Максимальная температура стенок камеры ЖРДМТ В-40А, К-417-11, К ! Е 3, В-6С и К 6В относительно невысокан (в диапазоне 1313...1563 К) .
Это позволяет обеспечить достаточные запасы прочности при изготовлении стенок камеры сгорания и сопла из сплавов ннобия н титана В камере ЖРДМТ ДУ ВБРЕ, обеспечивающей маневрирование головной части МБР '"Минитмен 1П", головку, камеру сгорания и сопло изготавливают также из ниобия (расчетная температура камеры 2030 К) . 158 Рве. 8.8. ЖРД япогейвой ДУ ИСЗ "Лясят5Л 1 — блок клапанов горючего; 2 — ка- мера сгорания; 3 — узел крепления сопяавого насадка; 4 — сопловой насадок; 5 — воспламеввтелач б блок клапанов окислителя 159 В ряде камер используют покрытие В-512А, наносимое методом наплавления.
Оно рассчитано на максимальные температуры 1800...1920 К. Покрьпие К-512А представляет собой специальный стеклообразный шероховатый силицидный материал для защиты от окисления и обеспечения продолжительного срока службы. Толщина наносимого покрытия — примерно 75 ...125 мкм; указанную толщину и однородность покрьпия необходимо после нанесения измерять с помощью специального датчика (в частности, на вихревых точках) . Сочетание ниобиевого сплава С-103 и покрытия К-512А на внешней и внутренней поверхностях камеры основного и вспомогательного двигателя ДУ реактивной системы управления МТКК "Спейс шаттл" (К-40А и К-1Е.З) обеспечивает большой запас по ресурсу и надежность для полета МТКК, а также повышенную пластичность во всем диапазоне температур во время полета, Внешнюю поверхность камер ЖРД К40А и В-1Е-3 покрывают термоизоляцией из материала дайнафлекс плотностью 400 кг/мэ, помещенной 'внутри титанового корпуса.
Указанные ЖРД размещены внутри фюзеляжа МТКК "Спейс шаттл'*, и термонзоляция предохраняет внутренние элементы конструкции корабля от чрезмерного нагрева из;за лучистых тепловых потоков, так как она подцерживает температуру внешней поверхности камеры не более 450 К при любых условиях работы на земле и в пустоте, Для обеспечения температуры камеры вспомогательного ЖРД лунного КА "Сервейер" между циклами работы в диапазоне — 17...з 37 С на ббльшую часть внешней поверхности камеры наносили покрытие золотом. На рис. 83 показан ЖРД апо.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
