Двигатели ракетоносителей


Как производят и испытывают двигатели для ракет и самолетов

ОАО «Кузнецов» является ведущим двигателестроительным предприятием России. Здесь осуществляется проектирование, изготовление и ремонт ракетных, авиационных и газотурбинных установок для газовой отрасли и энергетики.

С этими двигателями были запущены пилотируемые космические корабли «Восток», «Восход», «Союз» и автоматические транспортные грузовые космические аппараты «Прогресс». 100% пилотируемых космических пусков и до 80% коммерческих производится с использованием двигателей РД107/108 и их модификаций, произведённых в Самаре.

Продукция завода имеет особое значение для поддержания боеготовности дальней авиации России. На «Кузнецове» были сконструированы, произведены и технически обслуживаются двигатели НК-12 для дальних бомбардировщиков Ту-95МС, НК-25 для бомбардировщиков Ту-22М3 и НК-32 для уникальных стратегических бомбардировщиков Ту-160.

Сегодня перед самарским предприятием стоят задачи по возобновлению производства двигателей НК-32 серии 02, росту объёмов производства ракетных двигателей, повышению надёжности индустриальных двигателей для ОАО «Газпром», развитию перспективных авиационных разработок.

1. 55 лет назад в Самаре начали серийно производить ракетные двигатели, которые не только подняли на орбиту первого космонавта Юрия Гагарина, но и вот уже более полувека используются российской космонавтикой и тяжелой авиацией. Предприятие «Кузнецов», которое входит в Госкорпорацию Ростех, объединило несколько крупных самарских заводов. Сначала они занимались производством и обслуживанием двигателей для ракетоносителей ракет «Восток» и «Восход», сейчас - для «Союза». Второе направление работы «Кузнецова» сегодня - силовые установки для самолетов.

ОАО «Кузнецов» входит в состав Объединённой двигателестроительной корпорации (ОДК).

2. Механообрабатывающее производство.

Это один из начальных этапов процесса производства двигателя. Здесь сконцентрировано высокоточное обрабатывающее и контрольно-испытательное оборудование. Например, фрезерный обрабатывающий центр DMU-160 FD, способен обрабатывать крупногабаритные детали сложной формы диаметром до 1,6 метра и весом до 2 тонн.

3. Оборудование эксплуатируется в 3 смены.

4. Обработка статорных колец компрессора двигателя НК-32 на токарно-карусельном станке.

5. НК-32 устанавливается на стратегическом бомбардировщике Ту-160, а НК-32-1 в 1996 г. - на летающей лаборатории Ту-144ЛЛ.

6. Скорость установки позволяет обрабатывать швы до 100 метров в минуту.

7. Металлургическое производство.

Этот участок способен отливать заготовки диаметром до 1600 мм и весом до 1500 кг, необходимые для корпусных деталей газотурбинных двигателей индустриального и авиационного применения. На фото показан процесс заливки детали в вакуумно-плавильной печи.

8. Фрагмент литниково-питающей системы после заливки.

9. Контроль литья методом ЛЮМ-А.

10. Типовые испытания клапана ракетного двигателя в условиях -55°C.

11. Испытания представляют собой процесс охлаждения ванны со спиртом с помощью жидкого азота до указанной температуры.

12. Участок сборки моделей лопаток в модельный блок.

13.

14. Контроль профиля компрессорной лопатки.

15. Прокалка керамических форм лопаток в электрической печи.

16. Нанесение керамики на модель лопаток.

17. Процесс индукционной пайки сопла камеры сгорания ракетного двигателя. Температура процесса составляет 975°C.

18. Установка полуколец на критическое сечение камеры сгорания ракетного двигателя на участке сварки.

19. Фрезеровка каналов горючего камеры сгорания ракетного двигателя.

20. «Наружная рубашка» сопла камеры сгорания РД с разметкой под рентген-контроль.

21. Сборка рулевого агрегата РД. Устанавливается совместно с маршевыми двигателями РД-107А/РД-108А для управления и корректировки вектором тяги.

22. Камеры сгорания.

23. Сейчас на «Кузнецове» трудится около 12 тысяч человек.

24. Сборка очередного опытного образца двигателя НК-361 для российской железной дороги.

Новым направлением развития ОАО «Кузнецов» является выпуск механических приводов силового блока ГТЭ-8,3/НК для тяговой секции магистрального газотурбовоза на базе ГТД НК-361.

25. Первый опытный экземпляр газотурбовоза с двигателем НК-361 в 2009 году во время испытаний на экспериментальном кольце в Щербинке провел состав весом более 15 тысяч тонн, состоящий из 158 вагонов, установив тем самым мировой рекорд.

26. Цех окончательной сборки авиационных газотурбинных двигателей.

27. Сборка узла форсажной камеры двигателя НК-32.

28. Двигатель НК-25 — турбореактивный двигатель для самолета Ту-22М3, основного российского бомбардировщика средней дальности. Наряду с НК-32 долгое время является одним из самых мощных авиационных двигателей в мире.

29. Обвязка двигателя НК-25.

30. Контроль оболочки двигателя НК-32 перед сборкой.

31. Топливный коллектор форсажной камеры.

32.

33. Слесари-сборщики за работой по сборке НК-14СТ.

Газотурбинный двигатель НК-14СТ используется в составе агрегата для транспортировки газа. Интересно то, что двигатель использует природный газ, перекачиваемый по трубопроводам, в качестве топлива. Является модификацией двигателя НК-12, который устанавливался на стратегический бомбардировщик Ту-95.

34. Цех окончательной сборки серийных ракетных двигателей.

Здесь производится сборка двигателей РД-107А/РД-108А разработки ОАО «НПО «Энергомаш». Этими двигательными установками оснащаются первые и вторые ступени всех ракет-носителей типа «Союз».Принципы работы РД-107 и РД-108 схожи, но назначение разное. Сто седьмой стоит на первой ступени ракеты, а сто восьмой - на второй.

35. Доля предприятия в сегменте ракетных двигателей на российском рынке составляет 80%, по пилотируемым пускам – 100%. Надежность двигателей – 99,8%. Запуски ракет-носителей с двигателями ОАО «Кузнецов» осуществляются с трех космодромов – Байконур (Казахстан), Плесецк (Россия) и Куру (Французская Гвиана). Стартовый комплекс под «Союзы» также будет построен на российском космодроме «Восточный» (Амурская область).

36. Полный цикл создания ракетного двигателя составляет около 10 месяцев.

37. Проверка комплектации ракетного двигателя при сборке.

38. Подготовка изделия к окончательной сдаче контрольным службам и представителю заказчика.

39. Здесь же, в цехе, ведутся работы по адаптации и сборке ракетного двигателя НК-33, предназначенного для первой ступени ракеты-носителя легкого класса «Союз-2-1в».

40. Двигатель НК-33 — один из тех, что планировалось уничтожить после закрытия лунной программы. Двигатель прост в эксплуатации и техническом обслуживании, и вместе с тем имеет высокую надежность. При этом его стоимость в два раза ниже стоимости существующих двигателей того же класса по тяге.

41. Выполнение операции по термоусаживанию защитной трубки провода авиационного жгута.

42. Подготовка к распайке контактов жгута в электроразъеме авиационного кабеля.

43.

44. В цехе окончательной сборки ракетных двигателей расположена целая галерея с фотографиями советских и российских космонавтов, которые отправлялись в космос на ракетах с самарскими двигателями.

45. Монтаж двигателя НК-14СТ на испытательный стенд.

46. Подстыковка маслоситемы к двигателю для проведения испытаний.

47. Пультовая испытательного стенда.

48. Пьезометры. Применяются для измерения перепада и низких давлений при испытании газотурбинных двигателей.

49. Система шумоглушения испытательных стендов газотурбинных двигателей.

50. Ракетный двигатель РД-107А/108А на стенде. За несколько минут до начала огневых испытаний.

Подтвердить почти стопроцентную надежность изделия можно только одним способом: отправить готовый двигатель на испытания. Его крепят на специальном стенде и запускают. Силовая установка должна работать так, как будто уже выводит на орбиту космический корабль.

51. За более чем полвека работы на «Кузнецов» было выпущено около 10 тысяч жидкостных ракетных двигателей восьми модификаций, которые вывели в космос более 1800 ракет-носителей типа «Восток», «Восход», «Молния» и «Союз».

52. По минутной готовности в систему охлаждения факела подается вода, создается водяной ковер, который уменьшает температуру факела и шум от работающего двигателя.

53. При испытании двигателя производится регистрация около 250 параметров, по которым оценивается качество изготовления двигателя.

54. Наклонные огневые испытания серийного ракетного двигателя на испытательном комплексе ОАО «Кузнецов» в поселке Винтай.

55. Коллектив расчетной группы производит обработку полученной информации и выдает протокол испытаний. По полученным данным инженерным составом производится оценка результатов испытаний и дается заключение о его пригодности для установки на ракету-носитель.

56. Подготовка двигателя на стенде длится несколько часов. Производится его обвязка датчиками, проверка их работоспособности, опрессовка магистралей, комплексные проверки работы автоматики стенда и двигателя.

57. Контрольно-технологические испытания длятся около минуты. За это время сжигается 12 тонн керосина и около 30 тонн жидкого кислорода.

58. Испытания окончены. После этого двигатель отправляется в сборочный цех, где его разбирают, проводят дефектацию узлов, собирают, проводят окончательный контроль, а затем отправляют заказчику – на АО «РКЦ «Прогресс». Там его устанавливают на ступени ракеты.

59.

Благодарю пресс-центр ОАО "Кузнецов", в частности, Мельникову Янину за помощь в создании репортажа!

Взят у gelio в ОАО «Кузнецов». Производство ракетных, авиационных и наземных двигательных установок.

Если у вас есть производство или сервис, о котором вы хотите рассказать нашим читателям, пишите Аслану (shauey@yandex.ru) и мы сделаем самый лучший репортаж, который увидят не только читатели сообщества, но и сайта Как это сделано

Подписывайтесь также на наши группы в фейсбуке, вконтакте, одноклассниках и в гугл+плюс, где будут выкладываться самое интересное из сообщества, плюс материалы, которых нет здесь и видео о том, как устроены вещи в нашем мире.

Жми на иконку и подписывайся!

kak-eto-sdelano.livejournal.com

Как производят и испытывают двигатели для ракет и самолетов

ОАО «Кузнецов» является ведущим двигателестроительным предприятием России. Здесь осуществляется проектирование, изготовление и ремонт ракетных, авиационных и газотурбинных установок для газовой отрасли и энергетики.

С этими двигателями были запущены пилотируемые космические корабли «Восток», «Восход», «Союз» и автоматические транспортные грузовые космические аппараты «Прогресс». 100% пилотируемых космических пусков и до 80% коммерческих производится с использованием двигателей РД107/108 и их модификаций, произведённых в Самаре.Продукция завода имеет особое значение для поддержания боеготовности дальней авиации России. На «Кузнецове» были сконструированы, произведены и технически обслуживаются двигатели НК-12 для дальних бомбардировщиков Ту-95МС, НК-25 для бомбардировщиков Ту-22М3 и НК-32 для уникальных стратегических бомбардировщиков Ту-160.

Сегодня перед самарским предприятием стоят задачи по возобновлению производства двигателей НК-32 серии 02, росту объёмов производства ракетных двигателей, повышению надёжности индустриальных двигателей для ОАО «Газпром», развитию перспективных авиационных разработок.

1. 55 лет назад в Самаре начали серийно производить ракетные двигатели, которые не только подняли на орбиту первого космонавта Юрия Гагарина, но и вот уже более полувека используются российской космонавтикой и тяжелой авиацией. Предприятие «Кузнецов», которое входит в Госкорпорацию Ростех, объединило несколько крупных самарских заводов. Сначала они занимались производством и обслуживанием двигателей для ракетоносителей ракет «Восток» и «Восход», сейчас — для «Союза». Второе направление работы «Кузнецова» сегодня — силовые установки для самолетов.

ОАО «Кузнецов» входит в состав Объединённой двигателестроительной корпорации (ОДК).

2. Механообрабатывающее производство.

Это один из начальных этапов процесса производства двигателя. Здесь сконцентрировано высокоточное обрабатывающее и контрольно-испытательное оборудование. Например, фрезерный обрабатывающий центр DMU-160 FD, способен обрабатывать крупногабаритные детали сложной формы диаметром до 1,6 метра и весом до 2 тонн.

3. Оборудование эксплуатируется в 3 смены.

4. Обработка статорных колец компрессора двигателя НК-32 на токарно-карусельном станке.

5. НК-32 устанавливается на стратегическом бомбардировщике Ту-160, а НК-32-1 в 1996 г. — на летающей лаборатории Ту-144ЛЛ.

6. Скорость установки позволяет обрабатывать швы до 100 метров в минуту.

7. Металлургическое производство.

Этот участок способен отливать заготовки диаметром до 1600 мм и весом до 1500 кг, необходимые для корпусных деталей газотурбинных двигателей индустриального и авиационного применения. На фото показан процесс заливки детали в вакуумно-плавильной печи.

8. Фрагмент литниково-питающей системы после заливки.

9. Контроль литья методом ЛЮМ-А.

10. Типовые испытания клапана ракетного двигателя в условиях -55°C.

11. Испытания представляют собой процесс охлаждения ванны со спиртом с помощью жидкого азота до указанной температуры.

12. Участок сборки моделей лопаток в модельный блок.

13.

14. Контроль профиля компрессорной лопатки.

15. Прокалка керамических форм лопаток в электрической печи.

16. Нанесение керамики на модель лопаток.

17. Процесс индукционной пайки сопла камеры сгорания ракетного двигателя. Температура процесса составляет 975°C.

18. Установка полуколец на критическое сечение камеры сгорания ракетного двигателя на участке сварки.

19. Фрезеровка каналов горючего камеры сгорания ракетного двигателя.

20. «Наружная рубашка» сопла камеры сгорания РД с разметкой под рентген-контроль.

21. Сборка рулевого агрегата РД. Устанавливается совместно с маршевыми двигателями РД-107А/РД-108А для управления и корректировки вектором тяги.

22. Камеры сгорания.

23. Сейчас на «Кузнецове» трудится около 12 тысяч человек.

24. Сборка очередного опытного образца двигателя НК-361 для российской железной дороги.

Новым направлением развития ОАО «Кузнецов» является выпуск механических приводов силового блока ГТЭ-8,3/НК для тяговой секции магистрального газотурбовоза на базе ГТД НК-361.

25. Первый опытный экземпляр газотурбовоза с двигателем НК-361 в 2009 году во время испытаний на экспериментальном кольце в Щербинке провел состав весом более 15 тысяч тонн, состоящий из 158 вагонов, установив тем самым мировой рекорд.

26. Цех окончательной сборки авиационных газотурбинных двигателей.

27. Сборка узла форсажной камеры двигателя НК-32.

28. Двигатель НК-25 — турбореактивный двигатель для самолета Ту-22М3, основного российского бомбардировщика средней дальности. Наряду с НК-32 долгое время является одним из самых мощных авиационных двигателей в мире.

29. Обвязка двигателя НК-25.

30. Контроль оболочки двигателя НК-32 перед сборкой.

31. Топливный коллектор форсажной камеры.

32.

33. Слесари-сборщики за работой по сборке НК-14СТ.

Газотурбинный двигатель НК-14СТ используется в составе агрегата для транспортировки газа. Интересно то, что двигатель использует природный газ, перекачиваемый по трубопроводам, в качестве топлива. Является модификацией двигателя НК-12, который устанавливался на стратегический бомбардировщик Ту-95.

34. Цех окончательной сборки серийных ракетных двигателей.

Здесь производится сборка двигателей РД-107А/РД-108А разработки ОАО «НПО «Энергомаш». Этими двигательными установками оснащаются первые и вторые ступени всех ракет-носителей типа «Союз».Принципы работы РД-107 и РД-108 схожи, но назначение разное. Сто седьмой стоит на первой ступени ракеты, а сто восьмой — на второй.

35. Доля предприятия в сегменте ракетных двигателей на российском рынке составляет 80%, по пилотируемым пускам – 100%. Надежность двигателей – 99,8%. Запуски ракет-носителей с двигателями ОАО «Кузнецов» осуществляются с трех космодромов – Байконур (Казахстан), Плесецк (Россия) и Куру (Французская Гвиана). Стартовый комплекс под «Союзы» также будет построен на российском космодроме «Восточный» (Амурская область).

36. Полный цикл создания ракетного двигателя составляет около 10 месяцев.

37. Проверка комплектации ракетного двигателя при сборке.

38. Подготовка изделия к окончательной сдаче контрольным службам и представителю заказчика.

39. Здесь же, в цехе, ведутся работы по адаптации и сборке ракетного двигателя НК-33, предназначенного для первой ступени ракеты-носителя легкого класса «Союз-2-1в».

40. Двигатель НК-33 — один из тех, что планировалось уничтожить после закрытия лунной программы. Двигатель прост в эксплуатации и техническом обслуживании, и вместе с тем имеет высокую надежность. При этом его стоимость в два раза ниже стоимости существующих двигателей того же класса по тяге.

41. Выполнение операции по термоусаживанию защитной трубки провода авиационного жгута.

42. Подготовка к распайке контактов жгута в электроразъеме авиационного кабеля.

43.

44. В цехе окончательной сборки ракетных двигателей расположена целая галерея с фотографиями советских и российских космонавтов, которые отправлялись в космос на ракетах с самарскими двигателями.

45. Монтаж двигателя НК-14СТ на испытательный стенд.

46. Подстыковка маслоситемы к двигателю для проведения испытаний.

47. Пультовая испытательного стенда.

48. Пьезометры. Применяются для измерения перепада и низких давлений при испытании газотурбинных двигателей.

49. Система шумоглушения испытательных стендов газотурбинных двигателей.

50. Ракетный двигатель РД-107А/108А на стенде. За несколько минут до начала огневых испытаний.

Подтвердить почти стопроцентную надежность изделия можно только одним способом: отправить готовый двигатель на испытания. Его крепят на специальном стенде и запускают. Силовая установка должна работать так, как будто уже выводит на орбиту космический корабль.

51. За более чем полвека работы на «Кузнецов» было выпущено около 10 тысяч жидкостных ракетных двигателей восьми модификаций, которые вывели в космос более 1800 ракет-носителей типа «Восток», «Восход», «Молния» и «Союз».

52. По минутной готовности в систему охлаждения факела подается вода, создается водяной ковер, который уменьшает температуру факела и шум от работающего двигателя.

53. При испытании двигателя производится регистрация около 250 параметров, по которым оценивается качество изготовления двигателя.

54. Наклонные огневые испытания серийного ракетного двигателя на испытательном комплексе ОАО «Кузнецов» в поселке Винтай.

55. Коллектив расчетной группы производит обработку полученной информации и выдает протокол испытаний. По полученным данным инженерным составом производится оценка результатов испытаний и дается заключение о его пригодности для установки на ракету-носитель.

56. Подготовка двигателя на стенде длится несколько часов. Производится его обвязка датчиками, проверка их работоспособности, опрессовка магистралей, комплексные проверки работы автоматики стенда и двигателя.

57. Контрольно-технологические испытания длятся около минуты. За это время сжигается 12 тонн керосина и около 30 тонн жидкого кислорода.

58. Испытания окончены. После этого двигатель отправляется в сборочный цех, где его разбирают, проводят дефектацию узлов, собирают, проводят окончательный контроль, а затем отправляют заказчику – на АО «РКЦ «Прогресс». Там его устанавливают на ступени ракеты.

59.

Благодарю пресс-центр ОАО «Кузнецов», в частности, Мельникову Янину за помощь в создании репортажа!

Источник

 

 

 

kak-eto-sdelano.ru

Где производят самые мощные ракетные двигатели в мире

Здесь, в подмосковных Химках, разработаны двигатели для советско-российских ракет «Союз» и «Протон»; для российской «Ангары»; для советско-украинских «Зенита» и «Днепра»; для южнокорейской KSLV-1 и для американской ракеты Atlas-5. Но обо всем по порядку...

1. После проверки паспорта и прибытия сопровождающего, с проходной выдвигаемся в музей завода, или как тут его называют «Демонстрационный зал».

2. Хранитель зала Владимир Судаков — начальник Отдела информации. Судя по всему, с обязанностями он справляется неплохо — он один из всех моих собеседников знал кто такой «Zelenyikot».

 

3. Владимир провел короткую, но емкую экскурсию в музее.

Видите на столе 7 сантиметровую пшикалку? Вот с нее вырос весь советский и российский космос.НПО «Энергомаш» развился из небольшой группы энтузиастов ракетостроения, сформированной в 1921 году, а в 1929-м названной Газодинамическая лаборатория, руководителем там был Валентин Петрович Глушко, позже он же стал генеральным конструктором НПО «Энергомаш».

Диск со сферой в центре — это не модель Солнечной системы, как я подумал, а макет электроракетного космического корабля. На диске предполагалось размещать солнечные батареи. На дальнем плане — первые модели жидкостных ракетных двигателей разработки ГДЛ.

За первыми концептами 20-30-х гг. пошли реальные работы на госфинансировании. Тут ГДЛ работало уже вместе с Королевским ГИРД. В военное время в «шарашке» разрабатывали ракетные ускорители для серийных военных самолетов. Создали целую линейку двигателей, и полагали, что являются одними из мировых лидеров жидкостного двигателестроения.

Но всю погоду испортили немцы, которые создали первую баллистическую ракету А4, более известную в России под названием «Фау-2».

Ее двигатель более чем на порядок превосходил советские разработки (25 тонн против 900 кг), и после войны инженеры принялись наверстывать упущенное.

4. Сначала создали полную реплику А4 под названием Р-1, но с использованием полностью советских материалов. На этом периоде нашим инженерам еще помогали немецкие. Но к секретным разработкам их старались не подпускать, поэтому дальше наши работали сами.

5. Первым делом инженеры принялись форсировать и облегчать немецкую конструкцию, и добились в этом немалых успехов — тяга повысилась до 51 тс.

Но дальше возникли проблемы нестабильности горения топлива в большей сферической камере сгорания. Глушко понял, что это тупик и занялся разработкой двигателей с цилиндрической камерой.

6. Первые разработки с новым типом камеры сгорания были военные. В демонстрационном зале они запрятаны в самый дальний и темный угол. А на свету — гордость — двигатели РД-107 и РД-108, которые обеспечили Советскому Союзу первенство в космосе, и позволяют России лидировать в пилотируемой космонавтике по сей день.

7. Владимир Судаков показывает рулевые камеры — дополнительные ракетные двигатели, которые позволяют управлять полетом.

8. В дальнейших разработках от подобной конструкции отказалось — решили просто отклонять маршевую камеру двигателя целиком. Проблемы с нестабильностью горения до конца решить так и не удалось, поэтому большинство двигателей конструкции КБ Глушко — многокамерные.

9. В зале имеется только один однокамерный гигант, который разрабатывался для лунной программы, но в серию так и не пошел — победил конкурирующий вариант НК-33 для ракеты Н1.

Разница их в том, что Н1 запускали на смеси кислород-керосин, а Глушко был готов запускать людей на диметилгидразине-тетраоксиде азота. Такая смесь эффективнее, но намного токсичнее керосина. В России на ней летает только грузовой «Протон». Впрочем, это ни сколь не мешает Китаю сейчас запускать своих тайконавтов именно на такой смеси.

10. Можно взглянуть и на двигатель «Протона».

11. А двигатель для баллистической ракеты Р-36М, до сих пор стоит на боевом дежурстве в ракетах «Воевода», широко известных под натовским названием «Сатана».

Впрочем, сейчас их, под названием «Днепр» тоже запускают с мирными целями.

12. Наконец добираемся до жемчужины КБ Глушко и гордости НПО «Энергомаш» — двигателю РД-170/171.

На сегодняшний день — это самый мощный кислород-керосиновый двигатель в мире — тяга 800 тс. Превосходит американский лунный F-1 на 100 тс, но достигает этого за счет четырех камер сгорания, против одной у F-1.

РД-170 разрабатывался для проекта «Энергия-Буран», в качестве двигателей боковых ускорителей. По первоначальному проекту предполагалось многоразовость ускорителей, поэтому двигатели были разработаны и сертифицированы для десятикратного использования. К сожалению, возврат ускорителей так и не был реализован, но двигатели сохраняют свои возможности.

После закрытия программы «Буран», РД-170 повезло больше чем лунному F-1 — ему нашли более утилитарное применение в ракете «Зенит». В советское время ее, так же как и «Воеводу» разрабатывало КБ «Южное», которое после развала СССР оказалось за границей. Но в 90-е политика не помешала российско-украинскому сотрудничеству, а к 1995 году, совместно с США и Норвегией начал реализовываться проект «Морской старт». Хотя он так и не вышел на прибыльность, прошел реорганизацию и сейчас решается его дальнейшая судьба, но ракеты летали и заказы на двигатели поддерживали «Энергомаш» в годы космического безденежья 90-х- начала 2000-х.

13. Как добиться подвижности узла при высоких давлениях и экстремальных температурах? Да фигня вопрос: всего лишь 12 слоев металла и дополнительные кольца бронирования, зальем меж слоев жидким кислородом — и нет проблем...

Такая конструкция позволяет жестко закрепить двигатель, но управлять полетом отклонением камеры сгорания и сопла, при помощи карданного подвеса. На двигателе он виден чуть ниже и правее центра, над панелью с красными заглушками.

14. Американцы про свой космос любят повторять: «Мы стоим на плечах гигантов». Глядя на такие творения советских инженеров понимаешь, что эта фраза всецело относится и к российской космонавтике. Та же «Ангара» хоть и детище уже российских конструкторов, но ее двигатель — РД-191 эволюционно восходит к РД-171.

Точно так же «половинка» РД-171, под названием РД-180 внесла свой вклад, и в американскую космонавтику, когда «Энергомаш» в 1995 году победил в конкурсе Lockheed Martin. Я спрашивал, не было ли в этой победе пропагандистского элемента — могли ли американцы заключить контракт с русскими для демонстрации завершения эры соперничества и начала сотрудничества в космосе? Мне не ответили, но рассказали про офигевшие глаза американских заказчиков, когда они увидели творения сумрачного химкинского гения. По слухам, характеристики РД-180 почти вдвое превышали характеристики конкурентов. Причина в том, что в США так и не освоили ракетные двигатели с закрытым циклом. В принципе, можно и без него, тот же F-1 был с открытым циклом или Merlin от SpaceX. Но в соотношении «мощность/масса» двигатели закрытого цикла выигрывают, хоть и проигрывают в цене.

Вот тут на видео испытаний двигателя Merlin-1D видно как из трубки рядом с соплом хлещет струя генераторного газа:

15. Наконец, завершение экспозиции — надежда предприятия — двигатель РД-191. Это пока самая младшая модель семейства. Он создавался для ракеты «Ангара», успел поработать в корейской KSLV-1, и его рассматривает в качестве одного из вариантов американская компания Orbital Scienses, которой понадобилась замена самарского НК-33 после аварии ракеты Antares в октябре.

16. На заводе эту троицу РД-170, РД-180, РД-191 в шутку называют «литр», «поллитра» и «четвертинка».

17. На заводе много интересного, а главное получилось увидеть, как такое чудо инженерной мысли создается из кучи стальных и алюминиевых болванок.

18. 

mosmonitor.ru

Ракетный двигатель ТРДК-1

Торцевое горение бесканальной шашки в ракетном двигателе выглядит довольно привлекательно. Простая технология, легкий расчет, постоянное давление и постоянная тяга, время которой, кроме скорости, зависит только от длинны заряда. Однако не все так просто на самом деле. Площадь торцевой поверхности в ракетном двигателе всегда ограничена габаритами. Чтобы создать достаточное давление и тягу, необходима большая скорость горения топлива ~15мм/с. Существующие доступные любителю топлива не дают достаточную скорость. Кроме того, при длительной работе двигателя, возникают проблемы с теплозащитой корпуса, который подвергается тепловым нагрузкам гораздо дольше, чем в канальных движках. Сопло также подвергается жесткому и длительному тепловому воздействию.

По этим причинам двигатели торцевого горения не получили широкого распространения, но попытки создать торцевик делаются. Решил попробовать и я. Несмотря на мелкие "комочки" первый блин можно считать очень даже ничего. Назвал свой первый торцевик ТРДК-1.

Топливо
Первый вопрос, конечно, топливо. Изучая катализированные варианты карамели, пришел к выводу, что можно попробовать один из вариантов для торцевика. Как показали эти исследования, влияние катализатора носит пропорциональный характер, т.е. постоянно, если выразить в процентах. Значит скорость катализированного топлива тем больше, чем больше скорость некатализированного. Самое быстрое карамельное топливо это сахарная карамель. Выбор поэтому пал на топливо типа RCandy. Оно очень технологично.

Состав немного изменил: KNO3 - 65% сахар - 25% сорбит - 10% Fe2O3 - + 1%

Корпус
Собственно, попавшаяся на глаза стреляная гильза от ракетницы и натолкнула на мысль о торцевике. Это мощная толстостенная гильза 4-го калибра (26,5 мм), рассчитанная на большое давление. Большой диаметр гильзы как раз подходит для создания большой поверхности торца топливного заряда. Так что с корпусом мудрить не пришлось.
Сопло
С соплом тоже усложнять не стал. Железное донце гильзы вполне может выполнить его роль. Только засверлил критику Ø3мм прямо через пробитый капсюль.
Сборка
Для начала надо подготовить бронировку длиной 65мм. Клеим жидким стеклом на оправке диаметром 21мм из 2-х (можно 3-х) слоев офисной бумаги. Бронировка будет входить с заметным люфтом в корпус двигателя. Сделано это специально, что бы отвести фронт пламени от стенки мотора и использовать эффект термоса. Чтобы закрепить бронировку в корпусе, промазываем силиконом внутреннюю стенку двигателя и внешнюю поверхность бронировки. Достаточно густо. Аккуратно вставляем бронировку в корпус по центру, стараясь обеспечить постоянный зазор со стенкой, заполненный силиконом. Даем подсохнуть.

Теперь, подготовив свежее топливо, заполняем бронировку почти до верху, оставив незаполненными 3-4 мм. Для этого скатываем из карамели плотную колбаску диаметром ~20 мм и, запихнув в бронировку, утрамбовываем плоским торцом металлического стержня. Эту операцию можно повторить до окончательного заполнения мотора топливом. Получаем топливный заряд длиной 60 мм и диаметром 21 мм.

Пока топливо не застыло надо продавить через сопло небольшой канал (длиной ~10 мм) для зажигания состава. Это легко делается либо заостренной бамбуковой палочкой для барбекю, либо тыльной стороной сверла Ø3мм.

Зарядка завершена, осталось сделать заглушку. Тут лучше всего подходит технология предложенная ракетчиком Serge77. Идея в том, что заглушка делается просто заливкой сверху эпоксидкой, но так, чтобы слой эпоксидки был выше края корпуса двигателя. Тогда смола пропитывает края картонного корпуса и намертво схватывается с ним. Такая заглушка очень надежна.

Осуществляется несложно. Наматываем скотч липкой стороной наружу так, чтобы он выступал за край корпуса. Уплотняем контакт скотча и корпуса, намотав резинку для денег. В образовавшуюся ванночку заливаем эпоксидку выше края корпуса на 2-3 мм. Смола может просочиться между гильзой и бронировкой, если там остались незаполненные силиконом полости. Это, в-принципе, неплохо, но надо тогда подлить эпоксидки, что бы сохранить уровень выше края корпуса.

После застывания смолы стаскиваем скотч и движок готов.

Характеристики
Параметры двигателя получаются такие:   - длина 82 мм   - диаметр 26,5 мм   - вес 57,6 г   - длина заряда 60 мм   - диаметр заряда 21 мм   - вес заряда 39,3 г   - диаметр критического сечения сопла 3 мм

Испытания двигателя ТРДК-1 прошли 05.09.2010 на стенде ТСК-2-5 на базе 5-ти килограммовых весов. Результаты были обработаны программой ALTIMMEX. Полученные характеристики показаны на рис.1.

Мотор работал 7 секунд, поэтому средняя скорость горения получается 8,6 мм/с.

Заключение

Осмотр двигателя после испытаний не выявил каких-то проблем. Корпус выглядит как новый - сохранил форму, цвет, жесткость. Конструкция оказалась удачной и выдержала довольно длительную тепловую нагрузку.

Надо сказать, что полученные результаты очень даже обнадеживают. Расчет в той же программе ALTIMMEX показывает, см. рис.2, что характеристики двигателя ТРДК-1 вполне достаточны для небольшой легкой ракеты. Если удастся уложиться во взлетную массу 150г, что вполне реально, то мотор может обеспечить полет на высоту свыше 500м. Я уже не говорю о прекрасной возможности использования на второй ступени двухступенчатой ракеты.

По-видимому, есть и резервы. На второй секунде работы вышибло медный капсюль, и диаметр критики немного увеличился. Уменьшился Kn (примерно с 50 до 35), подсело давление в камере сгорания, и упала тяга. Думаю, можно этого избежать, поработав над конструкцией сопла.

Доработка №1
Во втором варианте мотора ТРДК-1 доработке подверглось сопло. Высверлил посадочное место под капсюль. Вставил изнутри болт Ø6мм. Снаружи зажал его гайкой. В болте заранее высверлил отверстие критики Ø3мм. Получилось простое дозвуковое, но прочное стальное сопло. Испытания модифицированной версии провел 25.09.2010.

Результат не замедлил сказаться на характеристиках двигателя, рис.3. Тяга достигла максимума в 1,2 кг, подрос удельный импульс. Время, работы, правда, сократилось, что понятно, т.к. рабочее давление подросло и скорость горения достигла 12мм/с, что неплохо для карамели. Гипотетическая 150-ти граммовая ракета с таким движком уже могла бы достигнуть высоты 800м.

К сожалению не все прошло опять гладко. Подложка в донышке гильзы, по-видимому, сделана из нежаростойкого материала, и при нагреве сопло стало выдавливаться наружу. Гайка прослабла, и по резьбе стали слегка подтравливать выхлопные газы. Т.е. данный результат хотя и положительный, но пока не окончательный. Есть над чем поработать.

P.S.    Содержание может корректироваться по мере накопления экспериментальных данных.

***

kia-soft.narod.ru

Ракетный двигатель ТРДК-2

Мысль сделать торцевик на перхлоратном топливе давно вертелась в голове, но решение пришло с несколько неожиданной стороны. Сделав интересное топливо АНУБИС, я естественно озаботился получением закона горения для него. Проекты с так называемой "бомбой" шли как-то вяло и сложно, и, в конце-концов, натолкнули на мысль использовать для получения точек закона обычный дешевый одноразовый моторчик. К этому моменту уже появились идеи по технологии изготовления, организации теплозащиты корпуса и сопла. Короче, шмальнул по двум зайцам и, в результате, получил вполне приличный торцевик ТРДК-2, с хорошим удельным импульсом, вполне пригодный для полетов... Ну, и пока одну точку для закона горения. :)

Схему не привожу, она очевидна, это во-первых, а во-вторых, она подлежит доводке.

Топливо
Собственно из-за топлива, как я уже упоминал, все и закрутилось. Перхлоратный АНУБИС очень привлекательное топливо по разным параметрам, но чтобы проектировать на нем моторы необходимо получить закон горения. ТРДК-2 рассчитан на 100г. Получается столбик диаметром 33 мм и длинной 60мм.

Необходимо было обеспечить достаточный диаметр заряда для получения приличных значений числа Kn при приемлемом значении диаметра критики в районе 2-4 мм. Под бронировку в данном случае прекрасно подошла стандартная бумажная трубка для всяких рулонов с внутренним диаметром 33 мм. Однако основная проблема торцевика - это теплозащита корпуса, тем паче с перхлоратным топливом. Одной бронировки мне показалось мало. Для усиления теплозащиты как нельзя лучше подошла велокамера, кусок которой прекрасно налез на бумажную бронировку. Резина очень хороший теплозащитный материал, так что эта проблема шикарно решилась даже без любимого всеми паронита. Длина бронировки 100мм.

Заряд формируем прямо в бронировке. Бумажная трубка достаточно жесткая и прочная, что позволяет нам сделать это без труда. Для подпрессовки заряда изготовил два деревянных поршня. Нижний короткий 12мм, для формирования дна заряда. Верхний длинный для его прессования длинной 50мм.

Сначала вставляем нижний поршень, на него кладем картонную прокладку и укладываем топливо. Поджимаем сверху прижимным поршнем и ставим под пресс. Верхний поршень неплохо защитить от прилипания тонкой лавсановой пленкой. Прессуем не сильно, но плотно.

Сопло

Сопло для перхлоратных топлив не то, чтобы сложная задача, но совсем не элементарная. Тепловые и силовые нагрузки тут очень приличные, так что халява не проходит. Для ТРДК-2 изготавливается целый сопловой блок. Собственно сопло - нормальное сверхзвуковое сопло из графита МПГ-7 с критикой 2,9мм, расширением 7,5 и углом раствора диффузора 25°. Длина сопла 20 мм, внешний диаметр 12 мм и ступенька у основания диаметром 15 мм и длинной 2 мм. К основанию сопла на суперклее фиксируется установочная абляционная шайба из 2-х миллиметрового стеклотекстолита Ø33мм. Прижим для склейки и центровка осуществляется с помощью винта М3 и пары шайб.

Затем на абляционную шайбу со стороны сопла накладывается слой теплозащиты из необожженной глины. Для этого любая качественная глина очень слегка разводится водой до состояния не очень мокрого песка и накладывается на стеклотекстолитовую шайбу слоем 5 мм. Для формирования ровного слоя глины сопло помещается в кусок бронировочной трубки и притирается деревянным поршнем. Я даже подпрессовал, но это по-видимому совсем не обязательно. После подсыхания бумага срезается и получается готовый сопловой блок.

Благодаря прессованию верхний торец заряда у нас получается ровный, однако просто уложить на него сопловой блок нельзя по разным причинам. Поэтому организуем упорную поверхность с помощью кольца, выполненного из 3-х слоев ватмана на эпоксидке. Полоса ватмана шириной 7 мм промазывается смолой и укладывается на торец топлива. Конечно, перед укладкой кольца необходимо убрать подтеки топлива на стенках бронировки.

Но выкидвывать срезанную стружку топлива не надо. Вместе с кусочком любого вторичного воспламенителя мы их используем для зажигания. Итак, кольцо вклеено, кладем на торец заряда топливную стружку с воспламенителем и сверху вклеиваем на смоле сопловой блок. Окончательная фиксация блока будет рассмотрена в следующем разделе.

Корпус

Корпус решил намотать из стеклоткани прямо на бронировку. Такой метод позволяет обеспечить плотный контакт и избежать нежелательных "сквозняков". Берем полосу стеклоткани Т-13 длинной 1 м и шириной 120-140 мм, фиксируем её край на бронировке суперклеем и мотаем на эпоксидке. Стенка получается толщиной примерно 1,5 мм. Тут важно оставить выступающие края ткани за длину бронировки. Эпоксидку надо тщательно размазывать, избегая излишков, иначе могут возникнуть проблемы с плотной намоткой. Потребуется не более 30 г смолы. Намотав ткань, фиксируем её плотной намоткой поверх полиэтиленовой лентой в 2-3 слоя. Аккуратно обрезаем выступающие края намотки с обеих сторон, оставив выступающими миллиметра 4-5.

Не дожидаясь высыхания намотки, что принципиально для прочности сцепления, заливаем сопловой блок эпоксидкой, где-то 15 г, с добавкой 30% какого-нибудь наполнителя типа гипс, цемент, глина. Я добавил стеклянных микросфер, что конечно предпочтительнее. В итоге, после застывания смолы получаем готовый корпус с зарядом и соплом, но пока без заглушки.

Заглушку организуем стандартно. Засверливаем в корпусе с нижнего торца по периметру 8 отверстий Ø5 мм отступя от края 4-5 мм. Делаем ванночку из скотча и заливаем эпоксидкой с наполнителем примерно 15-20 г.

На этом изготовление торцевика ТРДК-2 можно считать завершенным.

Зажигание
В качестве запала использовал высокотемпературный ВЗК-2 выполненный в утонченном варианте из полумиллиметровых проводов с лаковой изоляцией.
Характеристики
Параметры двигателя получаются такие:   - длина 106 мм   - диаметр 41 мм   - вес 180 г   - длина заряда 61,5 мм   - диаметр заряда 33 мм   - вес заряда 97 г   - диаметр критического сечения сопла 2.9 мм

Соответственно получилось Kn=129,5.

Испытания двигателя ТРДК-2 прошли 07.10.2010 на стенде ТСК-2-5 на базе 5-ти килограммовых весов. Результаты были обработаны программой ALTIMMEX-SP. Полученные характеристики показаны на рис.1.

На полной тяге мотор работал ~4.3 секунды, поэтому средняя скорость горения получается ~14,3 мм/с.

Удельный импульс получился 175 с, что для моих моторов является на данный момент лучшим показателем. Расчеты показывают заманчивые перспективы использования такого мотора на ракетах. К примеру, аппарат весом 700 г он может затащить на высоту более километра.

Заключение

Осмотры двигателя после испытаний и после вивисекции не выявили проблем. Корпус сохранил форму, цвет, жесткость. Теплозащита цела. Конструкция выдержала длительную тепловую нагрузку. Разгар сопла отсутствует. Очевидно, что при некотором усилении теплозащиты сопла возможно увеличение времени работы мотора.

Технология изготовления имеет свои плюсы и недостатки и уже сейчас дорабатывается. Однако она вполне рабочая и весьма перспективная, потому и приведена в статье. Вообще мотор, на мой взгляд, получился интересный.

P.S.    Содержание может корректироваться по мере накопления экспериментальных данных.

***

kia-soft.narod.ru


Смотрите также