ВЛИЯНИЕ ВРАЩЕНИЯ НА ВНУТРЕННЮЮ БАЛЛИСТИКУ РДТТ

2.3.3. ВЛИЯНИЕ ВРАЩЕНИЯ НА ВНУТРЕННЮЮ БАЛЛИСТИКУ РДТТ

Стабилизация твердотопливных ракет или их ступеней вращением распространена в ракетной технике. При этом на внутреннюю баллистику РДТТ оказывает влияние несколько факторов.

1. При достаточной большой скорости вращения РДТТ увеличивается скорость горения под действием ускорения, направленного под прямым (или близким к прямому, 70...90°) углом к поверхности горения.

2. Во вращающихся РДТТ с одним центральным соплом уменьшается
расход газа через это сопло. Уменьшение расхода является функцией

, где Г = v - таигенциальная скорость; значение Г в закрученном потенциальном течении постоянно; — нормированная функция тока. Для потенциального течения с «вакуумным» ядром, в котором Г=0 при 0, имеем

Приближенно эффективный коэффициент расхода центрального сопла уменьшается пропорционально

[=[],

где — угловая скорость двигателя.

В зоне ядра потока в канале заряда газ вращается подобно твердому цилиндру с угловой скоростью, существенно превышающей угловую скорость двигателя. И это приводит к повышенному эрозионному воздействию на центральную часть тепловой защиты переднего дна.

Вращение РДТТ не оказывает влияния на расход газа через периферийные сопла, расположенные на сопловой крышке на некотором расстоянии от оси. Газ в канале РДТТ с периферийными соплами вращается почти с той же угловой скоростью, что и двигатель.

Воздействие ускорения и уменьшения расхода через центральное сопло иллюстрируется данными, приведенными на рис. 2.6, для экспериментального двигателя с принудительным вращением (топливо смесевое: 85 % перхлората аммония и 15 % связки, размеры заряда 126/85 — 40, площадь горящей поверхности постоянная).

3. Во вращающемся РДТТ имеет место перепад давлений по поперечному сечению: давление на периферии превышает давление в центре. На торцевой поверхности горения вблизи оси образуется каверна.

4. Увеличение площади горящей поверхности вследствие деформации заряда и корпуса вращающегося РДТТ:

где — тангенциальная деформация на внутренней поверхности одноканального заряда.

При этом увеличивается также площадь проходного сечения канала. В случае одноканального заряда это увеличение порядка 1 + 2_т, и оно приводит к пренебрежимо малому уменьшению давления в РДТТ.

На участках заряда, на которых при вращении возникает деформация растяжения, скорость горения ' увеличивается. В одноканальных зарядах таких участков нет.

5. Вращение РДТТ оказывает влияние на скорость обтекания и, следовательно, на эрозионное горение торцевых участков горящей поверхности. На поверхности, параллельной оси вращения, эрозионная составляющая скорости горения не изменяется.

При создании вращающихся РДТТ предъявляются повышенные требования к прочности корпуса и заряда, а также к тепловой защите, обусловленные следующим:

а) из-за вращения газа в канале одноканального заряда РДТТ с центральным соплом увеличивается эрозионное воздействие на центральную
область переднего дна;

Рис. 2.6. Давление в РДТТ при отсутствии вращения (1), при вращении с периферийными соплами (2) и при вращении с одним центральным соплом (3); частота вращения примерно 11700 об /мин.

б) из-за увеличения алгомерации и осаждения шлаков, в том числе
несгоревшего металла. Это приводит также к увеличению пассивной массы после выгорания заряда.

Нерасчетный режим работы вращающегося РДТТ может возникнуть и из-за образования центров ускоренного горения баллиститного топлива (углублений в местах скопления конденсированной фазы), приводящих к снижению прочности заряда.

2.3.4. АНАЛИЗ ОТКАЗОВ РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЯХ

Аномальные испытания могут сопровождаться разрушением РДТТ (рис. 2.7, а) или проявляться в виде недопустимых (выходящих за пределы заданных требований) отклонений каких-либо параметров, например, давления в РДТТ (рис. 2.1,6).

Анализ неисправностей, отказов и аварий двигателя при стендовых испытаниях необходим не только для доработки двигателя, но и для своевременного в случае необходимости внесения корректив в методологию и техническую оснащенность стендовых испытаний.

Возможны следующие причины неисправностей двигателя:

1) конструктивные недостатки двигателя;

2) отступления от технологического процесса при изготовлении его
узлов;

3) производственные дефекты;

4) искажения датчиковой аппаратуры;

5) неполное представление об условиях работы двигателя на испытательном стенде;

6) выход из строя стендового оборудования;

7) неисправности в работе систем, установленных на двигателе.
На начальном этапе отработки возможные неисправности чаще всего связаны с недостаточным обоснованием новых схемно-конструктивных решений и неполнотой сведений о некоторых рабочих процессах и об условиях работы отдельных узлов; на поздних этапах отработки — со случайными производственными дефектами, с нарушениями условий подготовки и проведения стендовых испытаний.

Рис. 2.7 Зависимости давления от времени при разрушении двигателя (а) и нерасчетной работе узлов (б):
1 - разрушение при выходе на режим (разрушение заряда, образование дополнительной поверхности горения); 2 - разрушение из-за дефекта бронирующего покрытия, отслоения защитно-крепящего слоя; 3 - разрушение из-за нарушения герметичности корпуса; 4 - расчетная зависимость; 5 - нерасчетное срабатывание воспламенительного устройства; 6 - падение давления из-за случайного увеличения площади критического сечения сопла; 7 - увеличение давления в конце работы двигателя (из-за разрушения остатков заряда, возрастания скорости горения периферийных слоев твердого топлива вследствие локальных физико-химических процессов)

При анализе результатов аномального испытания составляют перечень возможных причин, включая прежде всего индивидуальные конструктивные и технологические отличия данного конкретного двигателя и условий его испытания [33]. Последствия оценивают с помощью математического и физического моделирования, стремясь к наиболее достоверному воспроизведению аномального процесса.

содержание .. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ..