ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Переход к динамическим методам охлаждения ЖРД в СССР из "развитие методов теплозащиты жидкостных ракетных двигателей " В рассматриваемый период отработкой методов динамического охлаждения камер ЖРД занимались также и советские специалисты. [c.44] Выше уже отмечалось, что В.П. Глушко на начальном этапе своих работ предусмотрел на некоторых двигателях внешнее регенеративное охлаждение, но они не подвергались огневым испытаниям. О причинах отказа от динамических методов ученый в 1932 г. писал следующее Динамическое охлаждение топливом нежелательно в том отношении, что вносит усложнение в конструкцию мотора [15, с. 244]. Однако к 1933 г. ему стало очевидно, что нединамические методы себя исчерпали и потребности дальнейшего развития двигателей требуют применения более эффективных мер по их охлаждению. [c.44] Интересно, что на двигателе ОРМ-48 (рис. 21, г), созданном под руководством В.П. Глушко в 1933 г., сопло камеры было образовано двумя тонкостенными оболочками, которые соединялись между собой пайкой по вершинам ребер, образованных по внутренней оболочке. Это был первый у нас в стране опыт создания связанных конструкций сопел, не получивших, однако, своего дальнейшего развития в 30-е го/цы. [c.46] Так шаг за шагом в нашей стране совершествовался на азотно-кислотных двигателях оребренный охлаждающий тракт, имевший очень большое значение для решения проблемы охлаждения. [c.46] Своего рода итогом работ по азотно-кислотным ЖРД того периода стал двигатель ОРМ-52. [c.46] При разработке проекта этого двигателя в 1933 г. были проведены расчеты и изготовлены чертежи трех его вариантов. Первый из них предполагал создание двигателя для исследования вопросов, связанных с зажиганием топлива, запуском и т.д. Двигатель должен был иметь неохлаждае-мую камеру сгорания и проточное охлаждение сопла кислотой. [c.46] Второй вариант должен был служить для отработки способов охлаждения. При этом предполагалось охлаждать кислотой сопло и камеру сгорания. [c.46] Третий вариант предназначался для проведения сдаточных испытаний. ЖРД должен был иметь полное охлаждение сопла и камеры сгорания кислотой, а головки — керосином [18, л. 4]. [c.46] Изготовлен и испытан был лишь первый вариант, который имел оребрен-ное сопло, охлаждаемое азотной кислотой, и цилиндрическую камеру сгорания, которая не имела внешнего охлаждения. Камера была стальной и имела толщину станки, равную 8 мм, . ..подобранную опытным путем и взятую с запасом с целью гарантировать стойкость камеры при непрерывной работе двигателя в течение заданных 60 с [23, с 278]. В документах того времени такие камеры В.П. Глушко называл неохлаждаемыми . Однако в ходе их отработки ученый заметил, что компоненты топлива, омывая изнутри ее стенки, оказывают благоприятное воздействие на скорость ее разогрева. Сейчас трудно установить, на каком конкретно двигателе этот эффект был замечен и когда ученый впервые попытался его сознательно использовать. По крайней мере еще в начале 1933 г. на ЖРД ОРМ-30 была сделана попытка защитить сопло от разрушения с помощью внутреннего охлаждения, создаваемого двумя дополнительными форсунками горючего, установленными на его входе. [c.46] Для организации внутреннего охлаждения на ЖРД ОРМ-52 центробежные форсунки для подачи топлива располагались примерно на половине длины камеры сгорания и равномерно по ее окружности. При этом форсунки горючего и окислителя чередовались и были наклонены под углом 65° к оси камеры по направлению к ее головке. Так как угол распыла топлива составлял 60°, часть струи горючего и окислителя направлялась под углом 35° к стенке двигателя, образуя на ней топливную завесу. Остальная часть топлива смешивалась примерно в центре камеры, образуя ядро горения, отделенное от стенки завесой. В местах соприкосновения компонентов на стенке возникал очень ограниченный по площади очаг горения с повьн шенными тепловым потоком. Места соприкосновения постоянно изменялись на стенке, которая в силу своей сравнительно высокой теплопроводности и большой толщины сглаживала распределение температур. [c.46] Охлаждаемая компонентами топлива стенка сравнительно медленно разогревалась и за время работы двигателя оставалась относительно холодной (Тст 1000°С), что препятствовало ее окислению в среде азотной кислоты. Действие завесы, увлекаемой основным потоком, сказывалось вплоть до критического сечения сопла. Наибольшей тепловой нагрузке подвергалась. .. часть камеры между форсунками и соплом [23, с. 278] или, другими словами, эта часть имела максимальную температуру. [c.47] Двигатель ОРМ-52 развивал тягу, составлявшую 250—300 кгс (2,48— 2,94 кН) при давлении в камере 20-25 кгс/см (2-2,6 МПа), его максимальный удельный импульс составлял 210 с (2060 м/с). Один экземпляр этого ЖРД в 1935 г. при 29 запусках на полной тяге наработал 533 с и сохранил работоспособность [18, л. 4]. В акте об официальном стендовом испытании, в частности, отмечалось, что двигатель полностью удовлетворяет техническим требованиям [38, с, 775]. [c.47] С окончанием работ по ЖРД ОРМ-52 перед В.П. Глушко вставали новые проблемы необходимо было увеличить время непрерывной работы двигателей, понизить уровень температур стенок камеры, которые после запуска двигателей так сильно нагревались, что на их поверхности появлялся цвет побежалости [19, с. 282]. [c.47] При разработке ЖРД ОРМ63 проводились серьезные работы по улучшению технологии создания двигателей, такие, например, как разработка роликовой электросварки компенсатора (штампованного из листа нержавеющей стали) с соплом и его рубашкой стыковой электросварки по критическому сечению сопла и т.д. [53, с 181]. [c.47] Все эти и другие работы логично привели к возможности решать более сложные задачи, которые не заставили себя долго ждать. [c.47] В начале 1936 г. было разработано техническое задание, предусматривавшее разработку двигателя ракеты 212 и ракетоплана РП-218 с тягой 150-160 кгс (1470—1570 Н), продолжительностью непрерывной работы 75 с (желательно 100 с), удельной тягой не менее 180 с (1770 м/с) (желательно 210 с) [14, а 324]. [c.47] Работы по его созданию протекали довольно быстро. Уже в мае 1936 г. был собран первый экспериментальный образец, известный под названием ОРМ-64. В связи с тем, что в механической мастерской PH ИИ задержалось изготовление некоторых его деталей, было принято решение использовать на ЖРД ОРМ-64 детали двигателя ОРМ-52, в частности, его камеру сгора ния. С точки зрения охлаждения ОРМ-64 был подобен ОРМ-52. При испыта НИИ 29.V 1936 г. двигатель проработал непрерывно 120,7 с при удельной тяге 210 с (2060 м/с) и федней тяге 134 кгс (1310 Н). К сожалению, подробности этого испытания не известны, имеются лишь сведения о том, что избыток окислителя составлял 1,15 [18, л. 23]. [c.47] Камера с таким охлаждением выдерживала большое время суммарной наработки. Так, одна из них, проработавшая 235 с в составе ЖРД ОРМ-52, выдержала еще шесть испытаний в составе ОРМ-64, проработав всего 267 с [18, л. 18]. [c.47] Разумеется, недостатки охлаждения двигателя ОРМ-64, как и у ОРМ-52, состояли в основном в том, что ...нижняя часть камеры накалялась до желтого свечения [18, л. 23]. Это обстоятельство привело В.П. Глушко к выводу о том, что ...необходимо избежать накаливания стенок камеры, представляющего опасность для объекта, на котором будет установлен двигатель [14, с. 331]. [c.47] Успех в разработке ОРМ-65 во многом был обусловлен удачным решением проблемы его охлаждения. На этом двигателе впервые для азотнокислотных ЖРД было реализовано ярко выраженное внутреннее охлаждение горючим. Форсунки горючего оказались утопленными в корпус камеры и направляли часть потока керосина вдоль стенки головки, создавая внутреннюю завесу, которая не нарушалась окислителем в связи с тем, что его форсунки выступали внутрь камеры. Завеса оказывала свое действие вплоть до сопла и не только защищала головку от теплового потока от газов, но и, омывая ее стенку, по-видимому, снимала с нее поток, частично проходивший через завесу. Впрочем, относительно выполняемых функций завесы в настоящее время приходится говорить лишь предположительно, так как в то время не проводились какие-либо исследования внутрикамерных процессов. [c.49] Вернуться к основной статье