Александр Водолазов - свидетель посадки миссии "Аполлон-15"

"На начальном этапе проработок пятиблочной ракеты считалось, что двигатели будут однокамерными. Тяга на Земле каждого двигателя была задана 60 тонн, оптимальное давление газов в них было определено на уровне 60 ата; поэтому экспериментальные двигатели на этом этапе создавались именно с такими параметрами камер. Внутренний диаметр цилиндра был принят 600 мм, смесительная головка - плоская со стороны огня, форсунки - двухкомпонентные.
Итог испытаний такой камеры оказался неблагоприятным: никакими способами, известными двигателнстам в то время, не удалось обеспечить высокочастотную устойчивость процесса сгорания без его ухудшения, т.е. без снижения основной характеристики - удельного импульса тяги.
> http://mo---on.narod.ru/book/F1kamera.pdf

 

Антипульсационные перегородки охлаждались керосином, который через отверстия поступал в камеру сгорания (КС) и также ухудшали полноту сгорания топлива:
"антипульсационные перегородки наиболее эффективный способ повышения устойчивости горения в ЖРД по отношению к тангенциальным и радиальным модам поперечных колебаний. Однако перегородки не позволяют повысить устойчивость камеры по отношению к продольным колебаниям. При конструировании антипульсационных перегородок необходимо учитывать уменьшение полноты сгорания, а также вопросы охлаждения перегородок" /Г. С. Чо, Е. В. Лебединский/

Приводимая ниже цитата поясняет, как увеличение расхода на керосиновую завесу сдвигает границу ВЧ-неустойчивости:

В частности, остановились на двухкомпонентных форсунках, устанавливаемых на концентрических окружностях , при периферийном ряде однокомпонентных форсунок горючего – для образования пристеночной защитной завесы. Испытания показали, что расход горючего на завесу определяет не только достаточность охлаждения стенок камеры , но и существенно воздействует на границы областей вч-неустойчивости по давлению газов в камере. Были выявлены две зоны неустойчивости : “нижняя” зона – примерно на уровне 40-70% от номинального давления в камере , и ”верхняя” зона - с угрожающе низкой нижней границей неустойчивости – всего ~ +6-7% над номиналом. Оказалось, что увеличение расхода керосина на завесу перемещало эту границу неустойчивости вверх по давлению. Пришлось установить количественные зависимости удельного импульса тяги и положения границы неустойчивости от расхода на завесу и выбрать оптимальный расход. /ЭВОЛЮЦИЯ КАМЕРЫ РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЛЕТОВ В КОСМОС Анатолий Даром, Вячеслав Рахманин/


Таким образом, меры по обеспечению надежности и ВЧ устойчивости двигателя повлекли ухудшение полноты сгорания топлива в КС (из-за охлаждения антипульсационных перегородок, загрубления качества распыла, и увеличения завесного охлаждения). Эти факторы и стали причиной падения УИ на ~4,5% относительно значений, полученных в 1962г на огневых тестах двигателя, положенных в основу проектирования ракеты
>http://mo---on.narod.ru/#3

 

Антипульсационные перегородки охлаждались керосином, который через отверстия поступал в камеру сгорания (КС) и также ухудшали полноту сгорания топлива:
"антипульсационные перегородки наиболее эффективный способ повышения устойчивости горения в ЖРД по отношению к тангенциальным и радиальным модам поперечных колебаний. Однако перегородки не позволяют повысить устойчивость камеры по отношению к продольным колебаниям. При конструировании антипульсационных перегородок необходимо учитывать уменьшение полноты сгорания, а также вопросы охлаждения перегородок" /Г. С. Чо, Е. В. Лебединский/

 

Приводимая ниже цитата поясняет, как увеличение расхода на керосиновую завесу сдвигает границу ВЧ-неустойчивости:

 

Таким образом, меры по обеспечению надежности и ВЧ устойчивости двигателя повлекли ухудшение полноты сгорания топлива в КС

 

из-за охлаждения антипульсационных перегородок, загрубления качества распыла, и увеличения завесного охлаждения

 

Эти факторы и стали причиной падения УИ на ~4,5% относительно значений, полученных в 1962г на огневых тестах двигателя, положенных в основу проектирования ракеты

 

Центробежные форсунки имеют относительно больший угол распыла жидкости (около 70—120°) при небольшой длине факела и дают более тонкий распыл, чем струйные форсунки; но изготовление их относительно сложнее. Форма факела этих форсунок в основном зависит от степени закручивания в них распыливаемой жидкости.

...
При выходе из сопла форсунки тонкая пленка жидкости, на которую прекратилось действие центростремительных сил, делится на капли, разле­тающиеся по прямолинейным траекториям, образуя факел. Угол факела и ко­эффициент расхода центробежных форсунок обусловлены законом сохранения момента количества движения жидких частиц относительно оси сопла. На ука­занные параметры можно действовать соответствующим выбором соотноше­ний между размерами сопла, камеры закручивания и входных каналов.

В настоящее время наибольшее применение в двигателях получили однокомпонентные центробежные форсунки благодаря их надежной работе и достаточно эффективному распылу. Кроме того, в этих форсунках в широком диапазоне можно изменять угол распыла для наиболее равномерного распреде­ления компонентов топлива по поперечному сечению камеры сгорания.
> 6.12.Типы топливных форсунок

 

Проводившиеся в этих случаях исследования показывали, что снижение запаса устойчивости являлось, как правило, следствием нарушений при изготовлении тангенциальных отверстий в форсунках и нарушения из-за этого стабильности гидравлических характеристик смесительных головок. В силу специфики технологии изготовления и контроля, нарушения носят трудновыявляемый и трудновоспроизводимый характер.
> РД-107 и РД-108