МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СССР

Ленинградский ордена Ленина и ордена Красного Знамени механический институт имени Маршала Советского Союза Д.Ф. Устинова

В.А. Пинчук

В.М. Тонышев

ИЗДЕЛИЯ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ "ИЗУЧЕНИЕ 8Д44"

Утверждено на заседании кафедры № 2

Введение.

Настоящее методическое пособие предназначено для изучения конструкции, пневмогидравлической схемы, технических характе­ристик двигателя 8Д44 (8Д43) и его основных узлов.

В описание включены сведения о назначении, основных тех­нических данных, особенностях построения и принципах работы пневмогидравлической схемы двигателя, его агрегатов. Вклю­чены также сведения по конструкции отдельных узлов двигателя.

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ:

ДУ - двигательная установка

КС - камера сгорания

СП - система питания

ТНА - турбонасосный агрегат

ГГ - газогенератор

РКС - регулирование кажущейся скорости

СОВ - синхронное опорожнение баков

СБН - система безопасности носителя

АБД - аварийное отключение двигателя

О - окислитель

Г - горючее

ПС - продукты сгорания

1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ, ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЯ, ЕГО СХЕМЫ И КОМПОНОВКИ.

1.1. Назначение двигателя.

Ракетный двигатель 8Д44 (8Д43) предназначен для использо­вания в составе маршевых блочных ЖРД первых ступеней баллисти­ческих ракет 8К81. Связка из трех двигателей 8Д43 и одного двигателя 8Д44 образует, в этом случае, двигатель 8Д45 (ЖРД ЗД44 отличается от ЖРД 8Д43 лишь наличием в его составе сиг­нализатора давления см. схему рис.1. В остальном двигатели 8Д44 и 8Д43 аналогичны).

1.2. Основные технические данные.

1.2.1. Тип двигателя - жидкостный ракетный, одноразового

действия, с насосной системой пода­чи и дожиганием окислительного гене­раторного газа в камере.

1.2.2. Топливные компоненты:

Окислитель - азотный тетроксид (АТ) МРТУ 6 № АУ-149-65;

Горючее — диметилгидразин несимметричный (НДМГ) МРТУ 6 № ЕУ-108-61.

1.2.3. Характеристики режима:

Тяга двигателя на предварительной

ступени - не более 300 кН

Номинальная тяга на главной ступени при атмосферном давлении

давлении 750мм рт.ст. – 500 кН

Давление в камере при нормальной тяге у Земли – 14,7 Мпа

Давление в потоке ПС в течении среза сопла – 0,059 Мпа

Номинальные секундные Расходы топливных компонентов:

окислителя - 132.49 кгс-¹

горючего - 50.96 кгс-¹

суммарный - 183,45 кгс-¹

Номинальное массовое соотношение топливных компонентов: 2,6 ;

Удельный импульс при номинальном соотношении топливных компонентов:

на Земле (750 мм.рт.ст.) 2727,8±30мс-¹,

в пустоте 2952,8±70мс-¹ .

Время работы на номинальном режиме - 145 с.

1.2.4. Регулируемые параметры.

Двигатель регулируется по:

тяге - в системе РКС, соотношению топливных компонентов - в системе СОЕ.

Тяга двигателя регулируется за счет изменения температуры генераторного газа.

1.2.5. Характеристика запуска:

Тип запуска - двухступенчатый, через предваритель­ную ступень,

Давление в камере на режиме пред­варительной ступени - 8.0 Мпа.

Время работы на предва­рительной ступени - 0.6 с.

1.2.6. Массовые характеристики

Масса двигателя - 415 кг

Удельная масса двигателя - 1,36 кг/кН.

1.2.7. Эксплуатационные сроки хранения

Гарантийный срок хранения двигателя - 7,5 лет. Гарантийный срок хранения двигателя в составе

изделия - 7 лет.

Из них: в полевых условиях - 3 года

в том числе в зап­равленном состоянии - I год

1.2.8. Требования на запуск.

Двигатель надежно запускается при:

давлении окружающей среды 0.08-0.11 МПа

температуре в двигательном отсеке 8 ¸ + 50°С

температуре компонентов 5 ¸ + 40°С

1.2.9. Требования на эксплуатацию

Двигатель устойчиво работает при:

давлении окружающей среды 0.11 ¸ 0.0000 Мпа температуре окружающей среды 8 ¸ + 50°С

температуре топливных компонентов 5 + + 40°С

осевых нагрузках не более 10g

поперечных нагрузках не более 2g

ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ДВИГАТЕЛЯ 8Д44

2.1. Общая характеристика

Характер решения пневмогидравлических систем (рис.2.1) двигателя 8Д44 определяется общими особенностями питания камеры топливными компонентами: СП насосного типа с дожиганием окислительного генераторного газа.

В общем случае дожигание генераторного газа в камере обеспечивает повышение (по отношению к насосной системе питания открытого типа) удельных энергетических характеристик двигателя: удельного импульса, литровой тяги и т.д. благодаря:

- ликвидации за счет дожигания потерь химической энергии, связанной с выбросом генераторного газа в окружающее пространство;

- устранению свойственных открытым СП ограничений по целесообразной для реализации величине давления в камере (для ЖРД , с дожиганием генераторного газа в камере повышение давления в камере при прочих равных условиях сопровождается повышением удельного импульса двигателя).

2.2. Состав двигателя (ПГС ).

В состав двигателя входят:

1. Камера ( I )

2. Турбонасосный агрегат ( 2 ), состоящий в свою очередь, г турбины, насоса окислителя, насоса горючего.

3. Системы: окислителя” горючего и газогенерации с агрегатами управления, регулирования и контроля режима двигателя.

2.3. Общая характеристика элементов ПГС

2.3.1. Камера 8Д43-0.1 А

Камера (рис.2.2) состоит из газовода ( 1 ), форсуночной головки (2), средней цилиндрической части ( 3 ), двух сопловых блоков ( 4,5 ) и бандажа.

Основные данные

Тяга у Земли 500 кН

Тяга в пустоте 565 кН

Удельный импульс у Земли 2727,8± 30 мс-¹

Удельный импульс в пустоте 2952,8± 70 мс-¹

Номинальный секундный расход:

окислителя 132,49 кгс-¹

горючего 50,96 кгс-¹

( из них на завесу 6,6 кгс-¹)

сумарный 183,45 кгс-¹

Перепад на форсунках:

окислителя 0,5 МПа

горючего 1.0 МПа

Давление компонентов на входе в камеру:

Окислителя 16,1 МПа

горючего 27,1 МПа

Диаметр цилиндрической части 276 мм

__” __ критического сечения 163 мм

__” __ среза сопла 870 мм

Габаритная длина камеры 1670 мм

Сухой вес 156 кг

Окислитель в камеру поступает в составе генераторного газа через газовод, выравнивающую поток решетку и форсунки.

Горючее по двум подводящим трубопроводам поступает в коллектор, откуда 50% расхода поступает в охлаждающий тракт нижнего блока сопла, а остальная, минуя охлаждающий тракт нижнего блока сопла по двум трубопроводам, перебрасывается в коллектор верхнего блока. Это позволяет при достаточно надёжном охлаждении камеры снизить гидравлическое сопротивление тракта охлаждения камеры.

Из коллектора горючее поступает в охлаждающий тракт, сме­шивается с потоком из тракта нижнего соплового блока и, по выходе из тракта через двухкомпонентные форсунки поступает в ка­меру сгорания.

Из охлаждающего тракта часть горючего вводится в камеру для организации внутреннего охлаждения камеры с помощью завесы (ввод через три пояса ). Расход горючего на внутреннее охлаждение камеры составляет 3,4% от суммарного расхода топлива.

Для предотвращения возможности попадания во внутреннюю полость камеры влаги, пыли и т.д. в проточной части камеры в районе критики на клею устанавливается заглушка, выбиваемая давлением при запуске.

2.3.2. Турбонасосный агрегат 8д43-02

ТНА выполнен одним агрегатом. По назначению разделяется на три узла: турбину, насос окислителя и насос горючего.

Конструкция ТНА - одновальная. Вал устанавливается на трех шарикоподшипниковых опорах. Опора, расположенная в корпусе турбины, выполнена на двух подшипниках.

Охлаждение и смазка подшипников опор в турбине и насосе горючего производится горючим. Подшипник опоры вала в насосе окислителя охлаждается и смазывается окислителем.

Ксупремирующие ступени насосов горючего и окислителя шнекоцентробежные. Турбина - центростремительная, реактивная (тепловая

степень реактивности - 0,5 )

Турбина:

Частота вращения ротора ТНА , ' 2827 с-¹

Диаметр колеса турбины 204мм

Мощность турбины 8215,5 кВт

КПД турбины 0,702

Относительный перепад давления 1,73

Насос окислителя

Наружный диаметр колеса 144,5 мм

Давление на входе 0,3 МПа

Давление на выходе 30,7 МПа

Потребляемая мощность 4964,6 кВт

КПД 0,65

Насос горючего

Наружный диаметр колеса 182 мм

Давление на входе 0,4 МПа

Давление на выходе 34,8 МПа

Потребляемая мощность 3250,9 МПа

КПД 0,745

Материалы и конструкция

Корпус турбины - из стали ЭИ388.

Рабочее колесо выполнено методом точного литья по выплавляемым

моделям из жаропрочного сплава ЖСЗ - ДК.

Материал вала - сталь ЭП288

Заодно с валом выполняется шнек и гидрозатвор окислителя. Поверхности вала, на которые опирается манжеты, покрыты слоем хрома.

Корпуса насосов выполняются из стали ЭП 288. Рабочие колеса - из стали СН-3 методом точного литья по выплавляемым моделям.

2.3.3. Система окислителя

Система окислителя двигателя обеспечивает подачу жидкого тетроксида к насосу "О" и в газогенератор (6). (см.рис.2.1). Она включает в себя магистраль (3) подвода окислителя к преднасосу "О" (4) , клапан пуска (5) окислителя, насос (2.2) окислителя

магистраль подвода окислителя в газогенератор (6) с клапаном отсечки окислителя (7).

2.3.4. Эжекторы 8Д46-23Б и 8Д46-24Б

Эжекторы - преднасосы "О" и "Г", поз (4) и (9) соответственно предназначены для повышения антикавитационных качеств топливопадающей системы, что обеспечивает работу двигателя при низких давлениях в баках.

Эжектор 8Д46-23Б (рис.2.3) выполнен с двенадцатью насадками (4), расположенными по периферии проточной части. Он состоит из корпуса (5), смесительной камеры (6), фланцев (2),(7). На корпусе расположен коллектор (3) с натрубком (I), через который происходит подвод рабочей жидкости к насадкам.

Эжектор выполняется сварным. Материалы: сталь ЭП288(СН2А),

сталь Х18Н10Т. Коллектор выполнен штампованным из листового материала

• сталь Х17Н5МЗ(СНЗ).

Эжектор 8Д46-24Б (рис.2.4) выполнен с наседками (4) и (9), расположенными в двух поясах по периферии проточной части

(по двенадцать насадков в каждом поясе).

Он состоит из корпуса (8) с насадками, смесительной камеры (6) и фланцев

(2) и (6). На корпусе расположены коллекторы (I) и (7) с патрубком (3) подвода рабочей жидкости к насадкам.

Коллекторы выполнены штампованными из стали Х17Н5МЗ(СНЗ). Конструкция эжектора - сварная. Материал - ЭП288(СН А) и Х18Н10Т.