1.2. Характеристика двигателя на установившемся режиме

Максимальная тяга Pmax = 9.8*10⁴ H(~10000 кг) при соотношении компонентов K = 3,20,15, минимальная тяга Pmin = 3,14*10⁴ H при соотношение компонентов K = 3.20,2, температура компонен­тов 50°С, суммарный расход компонентов на режиме максимальной тяги - 41,29 кг/сек, на минимальном - 13,О5 кг/сек, из них через ка­меру проходит ~96,5% что создает 99% тяги, а остальное через газогенератор и бортовой источник питания.

1.3. Характеристика двигателя на переходном режиме

В двигателе 5Д12 могут быть реализованы два переходных режима:

- режим снижения тяги от Pmax до Pmin с постоянным градиентом (97080)Н/сек, при этом время перехода с режима на режим состав­ляет ~ 72 сек;

- режим резкого снижения тяги, когда время перехода составляет (6.5-16) сек.

На всех переходных режимах соотношение компонентов топлива ос­тается постоянным.

С помощью исполнительного механизма регулятора тяги, комбинируя значениями Pmax, Pmin и тягой на переходном режиме, в двигателе могут быть реализованы четыре программы изменения тяги.

I программа (основная). Двигатель после запуска выводится на режим максимальной тяги и работает на нем 45^+1.5 сек, затем по команде происходит изменение тяги по произвольному закону до Pmin Останов наступает по выработке запаса топлива.

II программа (основная). Запуск производится на тягу Pmax выходом на режим снижения со средним градиентом 97080 Н/сек до полного израсходования топлива.

III программа (промежуточная). Запуск двигателя осуществляется в режим Pmax, на котором он модет работать от 0,2 до 50,8 сек,после чего начинается снижение тяги с градиентом 970 Н/сек.

IV программа (промежуточная). Запуск производится на заданную тягу в диапозоне (Pmax – Pmax) с выходом на режим с градиентом 970 Н/сек.

Сухой вес двигателя не превышает 116,5.

2.Конструктивные особенности основных агрегатов двигателя.

2.1. Камера двигателя.

Камера двигателя (КД) (рис.I-I,рис.2) – основной силовой элемент двигателя, в котором химическая энергия топлива преобразуется в кинетическую энергию истекающей струи. Камера двигателя – это неразъемная паяно-сварная конструкция включающая плоскую форсуночную головку, цилиндрическую камеру сгорания (КС) и круглое осисимметричное профилированное сопло с угловым входом. На внешней поверхности КД предусмотрено крепление со стороны форсуночной головки выхлопного коллектора турбонасосного агрегата (ТНА) и узла крепления двигателя к ракете.

Форсуночная головка обеспечивает требуемое распределение компонентов топлива по сечению. Ее основа – силовое кольцо (I), к которому приварены два плоских днища – огневое (2) и промежуточное (3) из стали Х18Н9Т толщиной 2 мм и сферическое (4) из стали Х21Н5Т толщиной 3,8 мм.

В головке размещены 248 двухкомпонентных форсунок четырех типов внешний ряд форсунок – форсунки III типа – служит для создания пристеночного слоя и состоит из 48 центробежных двухкомпонентных тангенциальных форсунок, имеющих пониженное соотношение между компонентами топлива. Три следующих ряда – форсунки I типа – включают 112 форсунок такого же типа, но оптимальным, с точки зрения создания удельного импульса, соотношением компонентов. Для обеспечения устойчивой работы камеры сгорания по отношению к высокочастотным колеба­ниям к защиты огневого днища от тепловых потоков в ядре форсуночной головки установлены 20 струйных двухкомпонентных форсунок - IV тип, и 68 центробежных двухкомпонентных II тип повышенного расхода. Соот­ношение компонентов такое же как и у форсунок I типа. С этой же целью на форсуночной головке установлены вертикальные перегородки - кресты, распределяющие зону горения на 8 объемов. Герметичность и прочность соединения форсунок с днищами ФГ обеспечивается разваль­цовкой и пайкой кислотостойким и жаропрочным припоем Г40НХ.

Горючее поступает к форсункам из охлаждающего тракта через осе­вые отверстия в силовом кольце в полость, образованную сферическим и промежуточным днищами. Окислитель из коллектора (5) через 60 ра­диальных отверстий в силовом кольце в полость между огневым и про­межуточным днищами. Перед форсунками по линиям "О" и "Г" установле­ны специальные фильтры для предотвращения их засорения.

Камера сгорания состоит из двух оболочек - внутренней и наруж­ной, соединенных между собой через гофрированную проставку посред­ством пайки. Материал внутренней оболочки - Х18Н9Т - (1 мм), наружной 1X21H51 (3 мм), гофрированной проставки - сталь 08КП ( = 0,5 мм, высота гофра - 2,3 мм). Пайка всех элементов производится припоем Г40НХ.

Сопло состоит из двух частей: дозвуковой - радиусно-конической и сверхзвуковой - профилированной. Каждая часть состоит из внутрен­ней и наружной оболочек, скрепленных по гофрированной проставке пайкой. Гофры прямые, шаг - переменный, выбирается из условий на­дежного охлаждения (обеспечение требуемой скорости охлаждающего компонента и коэффициента теплообмена) и прочностных характеристик. Дня подвода горючего на сверхзвуковой части сопла установлен коллектор (6) с патрубками. Необходимое гидравлическое сопротивление по охлаждающему тракту обеспечивается подбором дроссельной шайбы (7).

Одна треть поступающего горючего по каналу между наружной оболочкой и гофром идет к срезу сопла, где через кольцевую прорезь переходит в полость между внутренней оболочкой и гофром и движется по направлению к ФГ. Остальная часть горючего сразу движется к форсуночной головке. В зазоре между гофрированными проставками ( там, где происходит смена шага гофр) потоки перемешиваются, их температура выравнивается.

Внутренние оболочки КС, сопла соединяются встык с помощью сварки, наружные – через накладные полукольца, под которые устанавливается гофрированная проставка.

2.2 Турбонасосный агрегат.

Таблица 2.

Основные технические характеристики турбонасосного агрегата (ТНА).

Параметр Режим Режим

1.Повышение давления по н. “O” 93,5 10⁴ 26,7*10⁴

2.Расход через н. “О” 31,6 кг/сек 12,27 кг/сек

3.Мощность н. “О” 249,5кВт 29,80кВт

4.Повышение давления по н. “Г” 118,7*10⁴ 31,1*10⁴

5.Расход через н. “Г” 9,69кг/сек 3,78 кг/сек

6.Мощность н. “Г” 240,5 кВт 28,0 кВт

7.Мощность турбины 490,0 кВт 57,8 кВт

8.Число обротов 16990 об/мин 8625 об/мин

9.Масса ТНА 32 кг

ТНА выполнен по схеме с консольным расположением насосов (рис.I-II) тубина (I), насос горючего (2), насос окислителя (3). Такая компановка обеспечивает благоприятные температурные условия для насоса окислителя, а также снижает требования по уплотнениям по га­зу между насосом "Г" и турбиной, так как рабочее тело турбины - газ с избытком горючих элементов.

Турбина (рис. I-II-I) - одноступенчатая, активная, парциаль­ная. Сопловой аппарат (4) состоит из двух сегментов сопел - рабо­чего (3 сопла, питание от газогенератора) и пускового (2 сопла, питание от пусковой камеры). Диск турбины изготовлен из жаропроч­ной стали ЭИ395, лопатки отлиты из сплава ЛК-4. Диск насажен на вал и соединен с ним четырьмя штифтами.

Насос горючего (НГ) (рис. .I-II-2) расположен рядом с турби­ной. Центробежное колесо - паяный узел, состоит из двух деталей - крыльчатки с 15 фрезерованными лопатками - 5 длинных и 10 корот­ких и крышки. Вал НГ установлен в 2-х шарикоподшипниках, один из которых закреплен в опоре жестко и воспринимает осевые усилия, возникающие на рабочих колесах НГ и турбины, а второй - выполнен по принципу "плавающая опора", что обеспечивает разгрузку вала от температурных напряжений. Корпус НГ литой, имеет две улитки, к вы­ходным фланцам которых присоединены диффузоры.

Насос окислителя (НО) (рис. I-II-З) по конструкции аналогичен насосу "Г". Отличие заключается в наличии шнекового преднасоса для повышения антикавитационных характеристик, а также в числе лопаток на рабочем колесе. Их в насосе "О" девять и все они равной длины.

Рабочие колеса насосов изготовлены из алюминиевого сплава АВ, корпуса - из литейного алюминиевого сплава АЛ-19 и защищены от коррозии анодированием. Валы насосов изготовлены из пружинистой стали 60С2А, поверхность кадмирована. Валы насосов и турбины сое­динены между собой с помощью шлицевого соединения.

Уплотнения. В ТНА применены четыре типа уплотнений.

Уплотнительные кольца - ими снабжены все фланцевые соединения корпусных деталей ТНА. Герметичность соединений обеспечивается высокой точностью изготовления посадочных мест, высокой чистотой сопрягаемых поверхностей и выбором материала уплотнительного коль­ца - резина 9Г06.

Лабиринтные уплотнения предназначены для уменьшения протечки компонентов из полости высокого давления (на выходе из рабочего колеса) в полость низкого давления (на входе в насос), то есть с их помощью производится первичное уплотнение рабочих колес насосов.

Манжетные уплотнения служат для герметизации различных облас­тей по валу. Уплотняющим элементом является фторопластовая манжета, армированная для повышения жесткости металлическим кольцом.

Для снижения нагрузки на манжету и, следовательно, ее износа, применены гидродинамические уплотнения - импеллеры, центробежные колеса полузакрытого типа с радиальными лопатками. Отбрасывая компонент к периферии навстречу его движению, импеллер, с одной стороны, повышает давление в области, куда просачивается компонент, то есть повышает гидравлическое сопротивление по линии утечки, а с другой стороны, снижает давление перед манжетой, уменьшая ее износ. Жидкость, просочившаяся через систему уплотнений, через канал перепуска сбрасывается на вход в насос.