Развитие РД

По договоренности с Diadia_Sidor и с Ballом (заочно) открываю топик. Думаю, будет интересно. Во всяком случае - мне самому:)

Развитие РД
(затравка, или может быть - пусковое топливо:))

Когда пишут о РД, в подавляющем большинстве начинают со всяких октоподов, каракатиц и кальмаров - дескать, принцип реактивного движения в природе существует давно, человек только подсмотрел его у Природы.
Мне такое утверждение представляется более чем сомнительным. И сегодня из десяти едва ли один разберется как на самом деле двигаются эти твари, а тогда и подавно. Скорее всего РД "спонтанно" возник еще у создателей дымного пороха. На заре пороходелия порох на самом деле был порошком, вернее - смесь трех порошков - сера, селитра и уголь. И сгорал очень быстро. Для замедления горения приходилось его уплотнять, набивая в трубках из бамбука, бумаги и т.д. Так возникли фейерверки. И ракетный двигатель вместе с ними. На самом деле, стоит воспламенить порох в полузамкнутом сосуде и тяга будет. Если не разорвет:)
Еще другое соображение. Зажигательные стрелы использовались задолго до изобретения пороха. Это были обычные стрелы с обмотанными материей наконечниками. Если просмолить наконечник и зажечь перед выстрелом, можно зажечь весьма удаленные предметы. Но иногда стрелы гасли в воздухе. Вот и для увеличения эффективности стали привязывать трубки, начиненные порохом. Стрелы стали лететь дальше...
Так наверное родилась ракета. Родилась и долгое время развивалась медленно. Были и боевые ракеты, и сигнальные, и увеселительные. Были и попытки пилотируемого полета. Не было одного - успеха. Да и не могло быть. Скорость истечения продуктов сгорания дымного пороха - метров 800 в секунду. Готовить крупные заряды из него принципиально нельзя. Вот и за полтысячелетия ракеты на дымном порохе развились от китайских стрел до камер с очковыми соплами и с тем же стабиллизирующим шестом.
Нет, я не упрекаю старых ракетчиков, ни в коем случае. Это была эпоха накопления знании. И без нее не было бы ничего - ни Востока, ни Сатурна.
В начале двадцатого века боевые ракеты уже сняты везде с вооружения, смещенные нарезной артиллерией. Бездымный порох победил дымного. А технологи еще не умели готовить крупные, (толстосводные) шашки. Жидкостной ракетный двигатель - только в мечтах. Немногочисленные ракетчики в разных странах строят скорее модели, чем изделия.
Итак, кончилась Первая мировая. Продолжение следует.

Следующий кусок - о РДТТ.

Почему РДТТ не смог победить ЖРД в космической гонке? Если рассматривать оба двигателя с современной точки зрения, могут возникнуть вопросы.
Импульс у ЖРД выше...
Да, но плотность топлива РДТТ выше.
ЖРД можно регулировать...
Да, но в первых ракетах этого не требовалось.
ЖРД можно гасить и запускать повторно...
Почти все ЖРД и сегодня работают "в один прием".
ЖРД можно использовать много раз...
Сегодня за исключением Шатла все космические ЖРД такие же одноразовые, как и РДТТ.
И так далее.
Зато у РДТТ и тогда, и сегодня есть серьезные преимущества.
Постоянная и немедленная готовность к запуску.
Простота конструкции и следующие отсюда простота отработки, производства, испытания; высокая надеждность и низкая цена.
Сегодня эти аргументы иногда побеждают и ракета получает первую ступень на твердом топливе. Есть и целиком твердотопливные носители. И сегодня вполне возможно технически вывести и космического корабля, и тяжелой орбитальной станции одними лишь РДТТ. Да и рекорд тяги и суммарного импульса пока за РДТТ.
Сегодня да, но тогда, в двадцатые все было по другому. Все упиралось в технологию.
Уже в начале века были известны практически все современные виды пороха:

пироксилиновый порох - смесевой пироксилин + летучий растворитель. Разработан Вьелем, использовался во Франции и в России;

кордитный порох - пироксилин + летучий растворитель + труднолетучий растворитель. Абель - Англия, Америка;

баллиститный порох коллоксилин + труднолетучий растворитель. Нобель - Германия;

пироколлодийный порох - пироколлодий + летучий растворитель. Менделеев - Америка.

Перечислены лишь страны, повлиявшие существенно на развитие РД.

Из всех перечисленных для зарядов РДТТ годится только баллистит. В отличие от орудийных порохов, ракетный должен иметь существенно больший горящий свод - в десятки, сотни и даже тысячи раз. Следовательно, пороха на летучем растворителе исключаются - нельзя удалить растворитель из толщу заряда. Рассуждая логически, Германия имала наибольшие шансы на создания твердотопливной ракеты. Все предпоставки у нее были - производство пороха на труднолетучем растворителе - отработано, существовали линии непрерывного проходного прессования (кстати - основное препятствие у всех стран, в СССР шнек-прессы получили широкое распространение уже после войны, не без влияния трофейных) да и ракетчиков-твердотопливников хватало.

Продолжение следует...размер определяется интересом:)

[Edited by varban (27-06-2000 at 11:51).]

[Edited by varban (27-06-2000 at 12:13).]

Надо бы это дело как-то прорекламировать

Сначала посмотрим, что получится:)))

Продолжаю в несколько незапланированную сторону в связи с интересом к ТРТ. Основные понятия и классификация. А то люди пишут, что много непонятного.
Принципиальной разницы между топливами и порохами нет - часто переплетаются, особенно до середины века. Можно их делить многими способами, ниже один из них.
Классификация твердых топлив (не только ракетных)
1. Гомогенные. Имеется ввиду, что топливо и окислитель содержатся в одной фазе. Фазы здесь и далее - только твердые.
1.1. Нитроцеллюлозные. Ну вроде понятно. Есть много взрывчатых полимеров, но кроме нитроцеллюлозы (НЦ) остальные почти не используются в технике. НЦ представляет собой линейный полимер. По всей логике вещей должна быть термопластом, однако разлагается, горит, взрывает (последнее не ошибка, так говорят почему-то химики), прежде чем достигнет температура переработки. С этим справляются пластификацией. В зависимости от пластификатора (растворителя) топлива бывают:
1.1. На летучем растворителе - чаще всего спирт-эфир. Вообще-то обычный пироксилиновый порох. В ракетных двигателях используется для достижения коротких времен работы - сотые доли секунды, когда топливо испытывает перегрузку сотни g. Пример - РПГ-22 НЕТТО и его семейка.
Летучий растворитель в процессе производства удаляют, так что готовое топливо - почти одна НЦ. Не используется для толстосводных элементов - невозможно удалить р-тель. Пироксилиновый порох создан Вьелем во Франции.
1.2. На смешанном р-теле. Обычно называют кордитами. Берется НЦ, летучий р-тель и нитроглицерин (НГЦ) или какой-либо другой нитроэфир, все это смешивается, формуется и затем удаляется летучий р-тель. Сильно напоминают пироксилиновые пороха. В ракетной технике - те же недостатки и та же область приложения - например американский гранатомет М-81 использует модифицированный кордит. Кордит создан Абелем в Англии.
1.3. На труднолетучем (нелетучем) растворителе. Еще называют баллиститом. НЦ диспергируют в воде, туда же добавляют НГЦ + добавки, перемешивают, отжимают от воды (но не до конца) затем пластифицируют - почти исключительно на вальцах. Для непрерывной технологии используют рифленные вальцы, которые дают гранулы (таблетка на жаргоне). Таблетка эта подается в шнек-пресс и получается либо одна трубка (в народе называемая шашка - если интересно, объясню почему), либо множество трубок (как макароны). В первом случае продукт используют ракетчики и величают твердое ракетное топливо баллиститного типа, во втором - артиллеристы. У артиллеристов - просто баллистит, реже баллиститный порох. Состав различается, но не принципиально.
Если использовать периодическую технологию, пропуская многократно массу через гладких вальцев, в конце получают полотно, сворачивают в тугой рулон и закладывают в изложницу гидропресса. И шнек, и гидропресс осуществляют проходное прессование (экструзия). Размеры шашек органичены размерами оборудования. К примеру, на шнеке со 180 миллиметровом винте лучше всего идут 100...120 миллиметровые шашки. Можно наверное дойти и до 200...250, но с трудом. Выше я бы сменил пресс.
Вот почему не было крупногабаритных шашек до войны (да и во время) - не было необходимого оборудования. Да и прессинструмент здоровый. Для ГРАДовских около 100 mm шашек он более 2 метров и диаметр раструба около полметра. Пороха вмещает килограмм 15...20, да еще 10 в прессе, да 30 в шнуре. Итого 60. Kак ФАБ-100. Естественно, прессование дистанционное. До войны не очень густо было с автоматикой, и особенно в НИИ шли иногда на большой риск. Например в ленинградском ГИПХе, когда отрабатывали технологию знаменитого состава Н (для эрэсов), бывало, что технологи сыпали в бункер пресса таблетки вручную. Да и не только в ГИПХе. У нас тоже бывало такое. Ладно, разболтался...
Главное, что надо запомнить - по баллиститной технологии получают шашки постоянного по длине, не обязательно круглого сечения, неограниченой длины, диаметром до 800...1000 mm. Чаще 30...350 mm.
Баллистит создан Нобелем ... да, даже не знаю, где сказать. В Европе, в общем.
Следуют гетерогенные или смесевые топлива.

2. Гетерогенные или чаще смесевые топлива. В отличие от гомогенных, окислитель и горючее - разные фазы. Наиболее древный представитель - дымный порох. У него горюче-связующее - сера (неорганический полимер, между прочим), кристаллический окислитель - нитрат калия и горючее - древесный уголь. Система сильно наполнена, поэтому перерабатывается только глухим прессованием. А это - неприемлемо для крупных зарядов. И плотность не достичь, и опасность большая. Вот причина застоя в ракетной технике до появления бездымных порохов. Тем не менее дымный порох до сих пор используют в ракетной технике, но уже как воспламенитель.
Почти, а может более древный, чем порох - так называемый греческий огонь. По легендам - смолы, очень часто с окислителем. Тот же нитрат калия. По некоторым данным горел под водой и не тушился. Это уже ближе к современным смесевым топливам, во всяком случае по реологии. Подавляющее большинство современных смесевых топлив состоят из полимерного горюче-связующего, кристаллического окислителя и металлического горючего. Горюче-связующее - эластомер, например олигомерный (жидкий) каучук, пластифицированный и "заправленный" системой отверждения. Окислитель чаще всего перхлорат аммония NH4ClO4. Металлическое горючее - порошок алюмимия, очень редко алюминия-магния или чистого магния. Бывают всякого рода добавки - например октоген для увеличения энергерики, или регуляторы скорости горения. Получают блок смесевого топлива смешением компонентов в подходящих смесителей, потом, если реология топлива позволяет, заливают отвакуумированную массу в изложницу или прямо в камеру двигателя. Канал (если необходим) образуется иглой. После заливания поддерживают необходимую температуру (надо сказать, что смешение идет с нагревом - падает вязкость массы), при этом горюче-связующее (в народе - связка) начинает полимеризоваться и в конце отверждения имеем эластичный блок топлива. После этого вынимается технологическая оснастка, в случае изложницы сам блок выпрессовывается, дефектоскопия, мех. обработка и часто "бронировка" - на жаргоне - покрытие блока негорючим покрытием. Именно выбором формы канала и бронировки регулируется газоприход заряда, а значит и тяга двигателя.
Смесевые топлива гораздо более разнообразны по рецептуре (сравнивая с гомогенными или просто порохами), классификации - масса. Поэтому углублятся не буду, скажу, что при видимой простоте не могли появится до войны. Все дело - в связке. Только развитие химии и технологии полимеров позволило сначала США и СССР, а затем - и другим странам принять на вооружение ракет на смесевом топливе. И это произошло не так давно. Так что ракетчики тридцатых-сороковых просто не могли иметь в распоряжение крупные заряды.
Жду вопросов.

[Edited by varban (03-07-2000 at 10:44).]

Читая свои писанины, спохватился, что мои заявы типа связка на асфальте, жидкие каучуки, эластичнный блок и т.д. выглядят довольно странно.
С асфальтом (битумом) дело началось после 1945 года, хотя работали и во время войны. Не хватало сырья, занимались суррогатированием. После войны - совсем из-за другого. Военным не сильно нравились ракеты с ЖРД. Подготовка, заправка и пуск отнимали часы, т.е. ракета была далеко не в минутной готовности. Сколько можно хранить заправленую ракету (конечно, не водою:)) не могу точно сказать, но не месяцы. А потом, если пуска не было - слив компонентов, очистка баков (если высококипящий окислитель), проверки, проверки и еще раз проверки. Как говорил один известный ракетчик, иногда было выгоднее запузырить ракету в белый свет, чем готовить заново. Как в песни - не дай нам бог сливать...
У РДТТ всего этого не было. Подал ток в цепь воспламенения, и через десятые доли секунды двигатель на режиме. Но пороховики никак не могли сделать шашки диаметром в метр-два и массой тонн под 20. Прессов не было таких огромных, да и представьте себе, что будет, если пресс рванет (ошибся, не если, а когда). Вот и в первом этапе стали мешать топливные массы чуть ли не как греческий огонь:)) Брали связку, (полу)твердую в нормальных условиях и вязько-жидкую при нагревании, к ней добавляли окислитель - нитрат аммония на первое время, и иногда металлическое горючее. И ничего, работало. Но такие топлива текут (ползут) и при нормальной температуре, не держат перегрузку, на холоде хрупкие. Да и нитрат аммония - окислитель не из лучших. Он гигроскопичен, приходилось тщательно сушить, беречь от влаги воздуха! и мириться с непостоянными и плохими баллистическими свойствами. И как появился другой окислитель - перхлорат аммония (давно известен, но не производился крупнотонажно) и другие связки - сначала тиоколы - первые жидкие каучуки, потом - полиуретаны, полиэфиры и т.д (а вы откуда думаете, что герметики пошли? все мы из шинели:) с удовольствием бросили "уселитренный асфальт" - цитирую:)
А предложил я такое топливо для суборбитальных дел, потому что по моим сведениям, перхлорат аммония считается сырём стратегическим, и не то, что частным лицам, а иным государствам не продают. Как делящиеся материалы. И как высокопрочные нити.
Асфальт с битумом как раз посередине двух больших групп топлив, и он не удовлетворяет требования ни одной из групп. А группы определяются схемой снаряжения двигателя. По этому признаку заряды делятся на вкладные и прочноскреплённые.
Вкладные заряды, как видно из имени, свободно входят в камеру двигателя. Таким образом, газы проникают между зарядом и обечайкой (старорежимный термин для циллиндрической части любого корпуса, уж извините, но буду и далее иногда употреблять).
Если заряд забронирован по внешней поверхности, организуют застойную зону прокладкой, манжетой и т.п. Тогда продукты горения проникают в узкую кольцевую зону и не движутся (не текут) далее. Упираются в уплотнение. Таким образом на порядки снижают теплопередачу газов к стенкам и что не менее важно -к бронепокрытию. Бронированные вкладные заряды можно делать и из смесевого, и из баллиститного топлива.
Если заряд горит и с внешней, обращенной к камере поверхности, тогда двигатель не может работать долго. Никакие материалы не выдерживают без охлаждения 3000 градусов при 100...300 атмосфер и сотню метров в секунду. Максимум несколько секунд.
Небронированные заряды как правило из баллиститных топлив.
Прочноскреплённые заряды, как тоже понятно, составляют одно целое с корпусом. Естественно, преимущества большие - и защита стенок толщей заряда, и лучшее массовое совершенство (нет элементов крепления, плотность заряжания выше). Заряды производят двума способами - или сначала отливают, отверждают, обрабатывают и бронируют, а затем вклеивают; или в предварительно подготовленном корпусе (нанесены несколько слоев) заливают массу, а потом отверждают. Второй способ предпочтительнее.
Есть и другой способ - формовать корпус прямо на заряде. Ну да, использовать в качестве оправки заряд, а потом не вынимать. Сразу скажу коллегам, которые могут завозмущаться - делал. И движок работал. Но только такой двигатель либо должен быть очень маленький, либо с ним надо осторожно и с нежностью обращаться. Потому как топливо должно быть довольно жестким.
Топлива, заряды (и двигатели), как много раз имел повод заявить, просты лишь на бумаге. Представьте себе два материала с разными коэффициентами расширения. Длина склейки достигает несколько (иногда - десятки) метров, а диаметр - метр, два, пять и даже больше. Стоит изменить температуру на 10 градусов, и, если детали жёсткие (а корпус всегда такой - резиновых не видел:) трещина готова. Коэффициенты - всегда разные, => надо делать эластичные топлива. Традиционный температурный интервал -50...+50 градусов. Вот и представьте, что такое сделать резину, эластичную в этом интервале, да еще и наполненую на 85...90 % порошками - окислителем, металлом. Если принять, что ракета - шахтного базирования, тогда проще. Там температурных перепадов нет. У суборбитальной вроде тоже.
Требования к физико-механике - разные до противоположности.
Для вкладного заряда - высокая прочность, низкая эластичность. Как дерево должен быть:)
Для прочноскреплённого - высокая эластичность, умеренная прочность, потому как эти вещи - противоположны. Скажем, как подошва хорошей обуви:)))
Вообще требования к разработчикам современных топлив - ужасные. Типа:
Требуется разработать топливо: скорость горения такая-то (задается скорость от давления и температуры заряда - таблично или функцией), прочность на разрыв не менее такой-то, коэфф. удлинения - не менее такого-то; модуль эластичности - такой-то; плотность - такая-то, импульс - такой-то при давление в камере и на срезе сопла такие-то. Допуски, где вообще есть - на уровне процента. Еще дают ГСХ, спецтребования, к примеру - не детонирует от прострела пули патрона обр. 1930, выпущенная со 100 метров по нормале из винтовки СВД. И т.д. и т.п. Да еще - все на базе завода No123456, из сырья ограничительного списка 00123456, расчетная мощность производства в первом году, во втором году и т.д. Да еще и цена по методике такой-то не более 10(20, 30) у.е. за килограмм. Все это - за короткий срок и за зарплату примерно 2 кг топлива в месяц:(( Короче говоря, когда прочитаете о создание материалов с заданными наперед свойствани, вспомните об этом постинге.


Исправил ошибку, выделена болдом. Прошу прощения, хотя вроде и не у кого:((

[Edited by varban (04-07-2000 at 18:41).]

Степень понятности текста для меня, специалиста в совершенно другой области, но с университетским образованием, колеблется от 80 до 100 проц.
Такое впечатление, что "В мире науки" читаешь, или, точнее, Scientific American, и некоторые термины не совсем уверен что знаешь.

"Пластификация" - это придание материалу жидкой текучести?
"Реологические свойства" - льючесть, так сказать?

Какова степень прессования от пластичного состояния до готового заряда?

А почему нельзя сбацать составной заряд, т.е. собрать большой заряд из нескольких блоков?

Как выключаются РДТТ на больших боевых ракетах?

Отвечаю. Давно бы так:))

>"Пластификация" - это придание материалу жидкой текучести?

Попробую без особых терминов:
Полимера можно сделать мягче, "раздвинув" его крупные молекулы более мелкими. Мелкие молекулы - пластификатор, крупные - полимер, все вместе - пластификат, процесс - пластификация. Для чего используется пластификация? Образно сказано, при ее помощи физико-механика полимера подстраивается под конкретные нужды. Иначе для каждого изделия пришлось бы синтезировать свой полимер.

>"Реологические свойства" - льючесть, так сказать?

Рео - течь, так что есть попадание:)) Твой термин даже больше нравится:)

>Какова степень прессования от пластичного состояния до готового заряда?

Не понял вопрос. Учти, что прессование не глухое, а проходное.

>А почему нельзя сбацать составной заряд, т.е. собрать большой заряд из нескольких блоков?

Почему же нельзя, делают - Space Shuttle к примеру. Но и отказы бывают - смотри туда же.

>Как выключаются РДТТ на больших боевых ракетах?

Все РДТТ, когда заряд догорит, гаснут. Правда, далеко не сразу и закономерно. Пока заряд небольшой, и разброс импульса тяги небольшой. В крупных РДТТ - не так. Если канал - звезда, остаются "лучинки". Они-то и догорают неравномерно, давая разброс импульса, а значит, и скорости ракеты. И приходится гасить двигатель, как суммарный импульс достигнет заданного. Для этого либо сбрасывают давление, либо вводят охлаждающий агент, либо и то, и другое. Агент - жидкость или порошок. Жидкость - тяжелая (вода - лучше всего), порошок (сода) не очень эффективен. Я не в курсе последных разработок, но не думаю, что сильно изменилось. Обычно просто отстреливают сопловой блок. Могу заметить, выглядит весьма впечатляюще. Представь себе здоровая крышка, отлетающая под напором давления газов с температуры 3000. Нет, словами мне не передать...

Привет, Varban!

Вот такой вопрос меня мучает: Как добиваются равномерной плотности топлива в готовом изделии? Ведь всякого рода неравномерности нарушают процесс горения. И добиться этого, насколькоя я знаю не легко, особенно если изготавливают прессованием или экструзией.

Какого рода составы используются для бронирования? Различаются ли они для наружной и внутренней поверхностей шашки?

P.S. Мой практический опыт общения с трердотопливными РД заключается в разборке движка от ракеты ЗРК С-75, если не ошибаюсь.


[Edited by Serge Pod (06-07-2000 at 02:53).]

>Как добиваются равномерной плотности топлива в готовом изделии?

Если топливо - баллиститного типа, проще. Начинают с топливной массы - ее весьма тщательно смешивают и получают однородную партию. Потом держат режимы на все аппараты - в особенности на дозёрах, вальцах и самое главное - на шнек-прессе. Если качество таблеток на входе в шнеке постоянно, если обороты винта и температура обогревающей воды постоянны, то разница в плотности по длине - на уровне 0.01 g/cm³ при плотности 1.6. Да, с экструзией (проходным прессованием) проще.

Если состав - смесевое топливо, там так компонуют состав, что он и лился, и не расслаивался. Вот это - трудно. По сути - компромисс. Ведь смесевое топливо чаще перерабатывают методом свободного литья. Будет жидко - хорошо будет литься и алюминий с окислителем осядут, будет густо - не будут оседать (раньше затвердеет), но плохо будет течь. Дальше - сложная скучная работа - берут и оптимизируют состав. И получается компромисс:)) А потом, неоднородные заряды безжалостно отсеивают на контроле. Если особо крупные (дорогие), собирается консилиум, иногда "лечат" каждого такого индивидуально. И по шапкам дают за это...

>Какого рода составы используются для бронирования? Различаются ли они для наружной и внутренней поверхностей шашки?

Внутренная поверхность редко бронируется, я не встречал. А составы для бронировок - в зависимости от технологии. Если заливкой - маловязкая самоотверждающаяся смола. Если экструзией (как у кабелей, только не попадались метровой толщины провода:) - липкая термопластическая масса. Если приклеиванием - нитролинолеум. Если обмоткой - пропитанная спецткань.

>Мой практический опыт общения с трердотопливными РД заключается в разборке движка от ракеты ЗРК С-75, если не ошибаюсь.

Как это - в армии? Или на пустыре нашел и достал заряд - греться ? ))

Вне последовательности даю знаменитую формулу, однако по-фортрановски она неудобоварима:(

Знаменитая Ы-формула © Diadia_Sidor

I =sqrt((2*n/(n-1)*(RT/M))*(1-(Pa/Pk)^((n-1)/n))) - система SI

где:
I - удельный импульс, совпадающий со скорости истечения
n - показатель политропы
R - унирерсальная газовая константа
Т - температура рабочего тела
М - средняя мол. масса рабочего тела
Pa - давление на срезе сопла
Pk - давление в камере
Все размерности, за исключением давления - в основных единицах SI, тогда [I] = [m/s]

После анализа получается, что величина sqrt(T/M) хорошо характеризует эффективность топлива (рабочего тела)
Только надо учесть, что температура рабочего тела в РД на химическом топливе зависит от давления в камере и природой топлива, а у ЯРД можно сделать какую угодно, если констр. материалы выдержат. Надо учесть еще, что на одном водороде ни один химический мотор работать не будет, а кислород-окислитель увеличивает М продуктов здорово - до 16 где-то. И получается при одинаковой температуры ЯРД эффективнее 2.8 раз. Правда, температура в два раза меньше, но и тогда эффективность sqrt(8/2) = 2 раза. Но: рабочее тело - один водород. А плотность у него - мизерная. Поэтому очень может быть, что для старта с планет все-таки придется использовать воду в качестве рабочего тела. Тут отсылаю уважаемых читателей к фантастам - на полном серьезе - перечитайте Кларка, вторую одиссею - там идеи - интересные. А у одного из любимых - Станислава Лема - всё на ЯРД. Там, правда, то вода, то водород, то аммиак. Понимают толк люди:))

[Edited by varban (07-07-2000 at 18:57).]

Дожили, классическое выражение моим ником обозвали. Мне неловко, право.
В благодарность за такую честь рассказываю весёлую историю.
Году этак в 89-90-м подавал заявку на изобретение из жизни моих любимых двигателей Стирлинга. Формулы изобретения точно не помню, хотя это было первое - открытое, но речь шла о теплообменнике-регенераторе. Что-то вроде: "Теплобменник-регенератор для двигателя Стирлинга на базе ..... ну и т.д."

Все материалы были переданы специально обученной девушке, коея и занилась оформлением всей необходимой макулатуры.

А кто в курсе, дело это не быстрое и утомительное. Не дождался я положительного решения, потом забыл, а потом и вовсе уволился.

Прошло года три, звонят мне домой из патентного отдела НИИТП и говорят: "А что же вы ,почтеннейший, ваше свидетельство про Стирлинг не заберёте. Нам чужого не надо." Еду, забираю.

И что же я там вижу ? Пока вся эта хрень оформлялась, по каким то высшим соображениям из формулы изобретения уехало всё, что касалось, собственно, заявляемой идеи - теплообменника.
А на красивом Свидетельстве об Изобретении с не менее красивыми печатями и подписями было написано следующее

Тема изобретения: ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА
Автор: А.Ю.Сидоркин
(т.е. Ваш покорный слуга)

Т.О. имеется важная бумага, в соответствии с которой, несчастный английский монах Роберт Стирлинг к Двигателю Стирлинга отношеня не имеет. А я имею.:))))))))))

2Diadia_Sidor

Так этим и отличается наш форум от академического журнала, и, смею утверждать, в лучшую сторону:) Ведь когда начинаешь писать статью в серьезном месте, весь великий и могучий напрочь пропадает и один канцелярит лезет:( И смайлики не используются:((

А с формулами надо разбираться - как вам они? Может, перейти на граффику из формульного редактора, хотя мороки больше и текст будет ползти? Или писать и дальше по-фортрановски (или там C - как будет прилагательное от C - по сиукски:))

Управление вектора тяги РД

Используется в управляемых ЛА, но не во всех - многие управляемые ракеты - с аэродинамическим управлением. Упрaвление вектора тяги незаменимо либо когда скорость ЛА мала и рули неэффективны, либо вне атмосферы. Кстати, крупные ракеты стартуют с небольшим ускорением, вначале практически стоят "на огне" и удержать их на вертикали совсем не просто. Удаленное представление можно получить, удерживая на пальце длинную палку.

Вопрос был только по интерцепторам и вторичной инжекции, им - самое большое внимание. Для полноты перечислил и остальные методы.

1. Поворотом камеры сгорания или всей ДУ в каком-либо подвесе - чаще карданном - понятно, только для ЖРД.
2. Поворотом выхлопных патрубков турбины. Тоже для ЖРД. Есть, и довольно много ЖРД с ТНА, у которых продуктов сгорания вспомагательного топлива, отработав в турбину, сбрасываются за борт, конечно через сопло. Устанавливая его в подвесе, можно отклонять его в одну или обе плоскости.
3. Поворотом сопла. По идее, можно использовать и для ЖРД, и для РДТТ. Известны много вариантов - карданный подвес, шаровый шарнир, "техрол" (гидростатический подшипник), установка сопла на гибкой опоре (Space Shuttle) - все для РДТТ.
У рассмотренных пока способов потери тяги почти незаметные, угол отклонения вектора тяги определяется конструкцией.
4. Газовые рули. Сегодня применяют редко, причина - потери 7...15% тяги при отсутствие управляющего воздействия, вызванная наличием тел в сверхзвуковом потоке и образующиеся скачки уплотнения. Другая проблема - эррозия. В случае современных металлизированных смесевых топлив подбор материалов предельно сложен из-за наличия значительного колличества Al2O3, действующий абразивно. Тем не менее, это самая старая, хорошо отработанная система управления вектора тяги РД и ее надеждность довольно высокая.
5. Насадки, дефлекторы. Многообразные устройства этой группы отклоняют поток уже на выходе из сопла. Насадок может быть циллиндрическим, коническим, прямо или кососрезанным. Для уменьшения шарнирного монента используют и сферические дефлекторы. Если насадок прямосрезанный, для отклонения струи необходимо угловое отклонение насадка, в случае кососрезанного насадок перемещается по оси сопла, входя/выходя из потока. Таким образом регулириется угол отклонения, величина регулируется поворотом. Близко к кососрезанным насадкам по механизму действия находятся периферийные рули - поверхности, параллелные потоку и выдвигаемые за срезом сопла для получения управляющего действия.
6. Интерцепторы. Механическая преграда на пути потока, чаще за срезом сопла, иногда в раструбе. Есть много конструктивных вариантов - чаще на оси, параллельной сопла, закреплена "лапка". Поворотом она вводится в поток, перекрывая неск. % его сечения. Реже из щели в раструбе выдвигается невысокая перегородка. В обоих случаях вызывает появление системы скачков уплотнения, которые перераспределяют давление и у тяги появляется боковая составляющая. Считаются недорогими, простыми, легкими и надеждными, максимальный угол отклонения вектора тяги 14 градусов, потери тяги - около 1%/градус. Если сопло двигателя (ступени) одиночное, обычно ставят 4 интерцептора, которыми управляют в двух плоскостях вектор тяги. Если сопловой блок с 4 соплами, можно ставить по 1 интерцептор на сопло, достигая того же.
7. Вторичная инжекция. Газодинамически метод подобен верхнему (интерцепторы), но реализация в корне различная. В сверхзвуковой части сопла инжектируется рабочее тело. Тело может быть газом или жидкостью (даже твердым сублимирующим, но попробуйте закачать порошок через клапаны:). Еще может быть нейтральным химически, топливом или окислителем. Наконец, может браться из отдельного бака, из внешнего газогенератора или из камеры ракетного двигателя. Считается самым продвинутым методом для РДТТ, поскольку быстродействие самое высокое. Потери тяги зависят от характера рабочего тела. В случае использования окислителя типа N2O4 тяга может даже увеличиваться. В случае жидкости используют вытеснительную систему подачи - давление в раструбе сопла невысокое - 1...2 атмосферы в точку ввода. Из-за желания обеспечить больший расход давление увеличивают в неск. раз, и все равно баки получаются легкими. Если инжектируют газ, появляется соблазнь взять его прямо из камеры сгорания. Объяснить такую схему достаточно просто - 4 трубопровода выходят из кормовую (см. примечание в конце) крышку двигателя и входят в районе последней трети сопла. Перед входом - регулириемый клапан. Идиллическая картинка портится параметрами потока - температура - за 3000, давление - как в камере, твердые частицы - на уровне 15 массовых процентов. Еще и агрессивность газов, и прочие прелести. К двигателистам, занимающимися вторичной инжекцией газов из камеры РДТТ, питают глубокое уважение напополам со страхопочитанием. И еще, в дополнение: "Поскольку инжекция газа или жидкости производится либо через круглые отверстия, либо через щели ограниченной ширины, картина взаимодействия (двух потоков) становится трехмерной, а поверхность, воспринимающая давление в зоне взаимодействия принимает серповидную форм, что значительно усложняет расчет зависимостей, связывающих отклонения вектора тяги с расходом вторичной струи." (с) Абугов, Бобылев - профессора такие, учебники писали. Понимать это надо так - двигателисты мат. модель управления теоретически не могут получить ни за какие коврижки, следует получать ее экспериментально на стенде. Не думайте, что с остальными методами обходится без огневых испытании, но хотя бы модель закладывается в управляющее устройство и ищут коэффициенты. В случае инжекции - это завершающий этап, сначала десятки и сотни пусков для статистики.
8. Управляющие (верньерные) двигатели (камеры). Самая используемая схема для ЖРД - вспомним хотя бы Р-7. РД-107 имеет две такие камеры, РД-108 - 4. Да сами видели сотни раз. Кстати, Р-7 и ее производные рассчитывают и на аэродинамическую систему стабиллизации до конца работы первой ступени.
Теоретически для ракет типа Р-7 возможно управление вектора тяги и регулированием основных двигателей, но тогда система управления имела бы крайне недостаточное быстродействие - чем крупнее двигатели, тем медленнее можно менять их режим, а в случае ЖРД с ТНА в контур управления приходится включать и ТНА.

---

Кормовая крышка - сначала я написал передняя крышка. Дело в том, что все пороховики и двигателисты подсознательно считают, что "перед" ракетного двигателя - там, где сопло (важнее же!). На одном совете таким макаром час, наверное, спорили, где выше давление. Я говорил - сзади, а меня не понимали и объясняли очень смешно, что застойная зона - спереди, значит, статдавление - выше. В вопросах баллистики и газодинамики я (пороховик) разбирался заметно лучше товарищей (артиллеристы), дело было на совете, где ищут не истину, а защищают этап, и в конце концов я убедил их, что черное - белое. Проверял при случае - все пороховики передом считают сопловую часть. С тех пор стараюсь избегать перед/зад - либо нос/корма, либо сопло Кстати, сопло ракетного двигателя не обязательно находится сзади по полету, бывает и спереди, и даже в середине камеры

Очень интересно организованно управлени вектором тяги на дв. ускорителей (1-й ступени) Бурана и на 1-й ступени Эенита (Морской старт). Там независимо качаются все четыре камеры мотора. Двигатель работает на кислород-керосине по схеме газ-жидкость, весь кислород с малой частью керосина сжигается в газогенераторе, крутит турбину, далее попадает в камеру в газообразном виде), где смешиваясь с основной частью керосина, догорает окончательно. А далее давайте считать (приблизительно). Так вот: давление в камере более 400 атм, соответственно в газоводе после тубины оно ещё выше (на величину перепада на головке и потери в газоводе (пусть 450 атм)) ТНА неподвижен, а камеры должны независимо качаться, т.е. газовод должен быть гибким и держать 450 атм горячего окислительного газа. Вот такая вот задачка. А на самом деле, там стоят очень хитрые силовые сильфоны, которые всё это безобразие и обеспечивают.

Андрей, про ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА - ЭТО НАПОВАЛ!!!
Нельзя ли скан документа прислать?
Я тут покажу моему приятелю, копирайтеру...

>>Мой практический опыт общения с трердотопливными РД заключается в разборке движка от ракеты ЗРК С-75, если не ошибаюсь.

>Как это - в армии? Или на пустыре нашел и достал заряд - греться ? ))

Нет, не в армии. А дело было так.
В те времена, а было это в 1996 году, в г. Гомеле (Беларусь), я работал в одной небольшой инжиниринговой фирме. Фирма занималась разработкой и внедрением всяких перспективных технологий. Тогда мы занимальсь проектированием экономичных вихревых теплогенераторов работавших на различнах видах топлива от опилок до газа.
И для своих производственных нужд искали соответствующее помещение. Как раз в это время завершился вывод в Россию некой зенитной части, дислоцировевшейся в городе. Нам преложили помещения в боенном городке этой части. В ходе осмотра мы с удивлением обнаружили оставленные ракеты без боевых частей, но с движками, транспортные контейнеры и трейлеры для их перевозки.
Помещения нам не пошли. Не было достаточно эл. энергии. Но, чтобы добро не пропало, мы прихватили десяток котейнеров и движки. При ближайшем рассмотрении дижки оказались снаряженными топливом. Мы их там наместе и разрядили. Шашки остались в городке, что с ними стало - не знаю, но пусков ракет в городе отмечено не было.
В дальнейшем из движков мы сделали себе ресиверы для сжатого воздуха, и теплогенераторы.
Контейнеры тоже пошли на корпуса теплогенераторов.
Вот так мы нашли применение оригинальное применение ракетным движкам. )

Еще прикольное использование РД.
Когда начал работу в НИИ, обратил внимание на РД на полигоне. Калибр здоровенный - под 350, а длина - не очень - с полметра. И стенки толстые такие, весило это хозяйство за сто килограмм. Думал - стендовой какой-то, хотя и стендовые такими не строят. И вдруг говорят мне - это уже конечное изделие - испытано, принято на снабжение (гражданское изделие)и все такое. Делаю большие глаза, как же так, не полетит штука. А она и не летает, отвечают. Это привод бабки молота! Вот так-то. Представьте себе рельсы, по ним разгоняется тележка с болванкой, один торец оформлен как боек, а с другого РДТТ крепится. Внутри можно было закладывать и груз и контейнер. Время работы - десятые секунды (0.3, что ли?). Снаяжалось это чудо 19! шашками. Тяга - не меньше 5 тонн, а какая масса у тележки - забыл.
И вот это хозяйство врезается с дикой скорости в бронеплиту, укрепленную на фундамент, которому любой монумент позавидит. Для чего планировалось использовать, так и не узнал, но врядь ли в промышленность. Наверняка на ударные перегрузки военную продукцию испытывали, тем более, что примерно в это время наш институт делал "глушилку" в артснаряде, для 122 и 152 гаубиц.
А вы 100 g боитесь!

А вот гибридные моторы летали на чем-нибудь? В смысле, на них что-нибудь летало?

Гибридные двигатели сочетают преимущества ЖРД и РДТТ, как говорят их адепты, и недостатки, как говорят злые языки;)
Тем не менее, такое использовалось на практике - первая советская "жидкостная" ракета, кот. была запущена ГИРДовцами, на самом деле - гибридная - жидкий окислитель и твердое топливо - сгущенный бензин.

Чумовая конструкция! Опять жидкий окислитель...
Как же оно горит?

А не лучше ли твердый окислитель керосином поливать?

Если под словом керосин понимать топливо, то и так делали, только гидразиновыми производными. Вообще для гибридных РД две главные схемы - жидкий окислитель - твердое топливо и наоборот - жидлое топливо - твердый окислитель. Есть и экзотика - трехкомпонентные системы. Кстати, бывает и совсем уж экзотика - раздельное снаряжание - твердый окислитель/твердое топливо. Когда они химически несовместимы. Но это жуть.

Точно жуть! конструктивно.
Два газогенератора, чтоли? С трубопроводами? А почему, собственно, жуть? Как такая штука с точки зрения безопасности?
Или она химически жутка?

Модельные гибридники вроде делают на NO и ПВХ, полиэтилене или еще чем. Очень технологично. Интересная штука!
Так вот, как это NO - сильно гадкО?
Вроде как жижа, типа 50 чтоли атм, при комантной температуре. Неслабый наддув собственными парАми. Диссоциирует при 500С. Двигатель имеет ступеньку в профиле тяги, когда жижа в баллоне кончается и начинает выдуваться газ. "Шашку" вытачивают или берут готовый там шланг или трубу ПВХшную.
Импульс уд. 150-200 "секунд", в зависимости от топлива и конструкции.

Как они размерности таскают туда-сюда - ну вилы в бок... масса в Н!
А расход массы - в Н/с! Эквилибризм!
Я теперь понял, почему у амов электроника высокоразвита. Там фунто-дюймовая система в подсчетах не применяется! (кроме шага ножек на платах


[Редактировалось LBS (24-07-2000 в 23:38).]

[Редактировалось LBS (24-07-2000 в 23:39).]

Слушай Варбан!
Шашки для моторов на композитном топливе классно в zero g environment делать! Никакого расслоения...