ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ, ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЯ, ЕГО СХЕМЫ И КОМПОНОВКИ

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ, ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЯ, ЕГО СХЕМЫ И КОМПОНОВКИ

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).

Основные технические данные.

Тип двигателя - жидкостный ракетный, одноразового

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.

Экологические характеристики компонентов

НДМГ- высокоядовитое вещество, ПДК=0,1

Действует через кожу, дыхательные пути, слизистые глаза, кишечник.

АТ- высокоядовитое коррозионноактивное вещество, ПДК окись азота 5

1.2.3. Характеристики режима:

Тяга двигателя на предварительной ступени - не более 300 кН

Номинальная тяга на главной ступени при атмосферном

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 (750мм.рт.ст.) 2727,8±30мс-1,

в пустоте 2952,8±70мс-1 .

Время работы на номинальном режиме - 145 с.

Экологические характеристики двигателя определяются составом и объемом вредных выбросов при их использовании.

Состав выброса- окиси азота в парообразном состоянии и НДМГ в виде жидкости и паров.

Удельные объемы выбросов при запуске и работе двигателя оценочно составляют до 15кг,паров АТ до 5кг,паров и жидкой фазы НДМГ на один запуск.

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.

Массовые характеристики

Масса двигателя - 415 кг

Удельная масса двигателя - 1,36 кг/кН.

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	1 год

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

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

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).

Состав двигателя (ПГС )

В состав двигателя входят:

1. Камера (1)

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

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

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).

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 (5) 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.

Работа эжекторов

Жидкость, подводимая к насадкам , отбирается из магистрали компонента за насосом. Через насадки с большой скоростью происходит истечение компонентов в поток жидкости, проходящей через эжектор.

В результате смешения обоих потоков в эжекторе происходит изменение количества движения основного (эжектируемого) потока, как следствие, повышение давления на выходе из эжектора.

Система горючего

Включает в себя магистраль (8) (рис.2.I) подвода горючего к преднасосу "Г" (9), клапан пуска (10) горючего, насос (2.3), горючего магистрали подвода горючего к камере (I) и газогенератору (6).

На магистрали подвода горючего к камере установлены дроссель (II) - исполнительный орган системы СОБ, клапан горючего главной ступени (12), клапан отсечки (13) горючего от камеры.

На магистрали подвода горючего к газогенератору установлены регулятор расхода (14) горючего в газогенератор – исполнительный орган системы регулирования тяги двигателя в системе РКС и клапан отсечки (15) горючего от газогенератора.

Для слива компонентов топлива из магистралей двигателя после клапанов пуска, в случае несостоявшегося старта, служат ручные вентили на клапанах (7) и (12).

Система газогенерации

Система газогенерации обеспечивает выработку окислительного газогенераторного газа - рабочего тела турбины турбонасосного агрегата. По выходе из турбины газ подается в камеру, где используется в качестве окислителя.

Горючее на газогенератор (6) отбирается от насоса "Г", проходит регулятор расхода "Г" (14) - исполнительный орган системы регулирования тяги двигателя в системе РКС, клапан отсечки (15) горючего газогенератора, поступает в рубашку охлаждения газогенератора (6) и, через форсунки впрыскивается в камеру сгорания ГГ.

Окислитель в газогенератор подается непосредственно от насоса "О" по магистрали, на которой установлен клапан отсечки (7) окислителя.

Окислительный газ, вырабатываемый в газогенераторе, подается на турбину и, после нее, по газоводу (16) вводится в камеру сгорания камеры двигателя, где дожигается.

Особенностыо такой схемы подачи компонентов в камеру является отсутствие потерь на привод ТНА.

Основным элементом системы газогенерации является газогенератор.

Газогенератор 8Д46-03 выполнен по двухзонной схеме с балластировкой газа во 2-й зоне (рис .2.5).

Давление в камере сгорания газогенератора	27,83	МПа
Расход горючего	5,6	кгс
Массовое соотношение в I зоне	12,25
Массовое соотношение во П зоне	23,2
Температура газа на выходе из ГГ	600	К
Перепад на форсунках О	2	МПа
Перепад на форсунках Г	0,4	МПа
Диаметр камеры сгорания ГГ	220	мм
Общая длина ГГ	530	мм
Сухая масса	42	кг

Газогенератор представляет собой неразъемную сварную конструкцию, состоящую из камеры газогенератора (24), головки (26), смесителя (I9), трубы подвода (25) и переходника (I8).

Камера состоит из двух оболочек: наружной (8) и внутренней (9), связанных между собой гофрированной проставкой (6). Проставка припаяна к оболочкам припоем Г70НХ. Камера охлаждается горючим, поступающим через натрубок (22) и коллектор (23) в межрубашечное пространство, а затем в головку. Головка газогенератора представляет собой паяно-сварной узел, состоящий из блоке форсунок (4), днища (3), переходника (I) и отражателя (2).

Головка газогенератора имеет 91 основных и 30 периферийных

форсунок. Основные форсунки - двухкомпонентные, центробежные, тангенциального типа с наружным смешением компонентов. Периферийные форсунки - однокомпонентные (окислительные) - служат для организации пристеночного слоя с относительно низкой температурой.

Газовые втулки (13) служат для перепуска газа из камеры газогенератора в смеситель. Суммарная площадь проходного сечения газовых втулок определена из условия протекания газа через балластировочную решётку со скоростями не более 100 мс-¹ (исходя из допустимой величины потерь).

Балластировка осуществляется 36-ю цетробежными форсунками

закрепленными пайкой на переднем днище узла с направлением впрыска против газового потока, а также струйными форсунками, выполненными в газовых втулках с направлением впрыска перпендикулярно газовому потоку.

Газогенератор запускается с опережением поступления в камеру окислителя по отношению к горючему на 0.09-0.10 сек. После стабилизации процесса - температура в камере 1600 - 1900 К, температура в пристеночном слое 750-850 К.

Неравномерность температурного поля генераторного газа, поступающего с выхода ГГ на турбину, ±35 °С от номинального (600К) значения.

Регулятор Э297

Регулятор Э297 (рис. 3.1) - многорежимный регулятор расхода прямого действия с поршневым чувствительным и исполнительным органом, преднаначен для ступенчатого вывода двигателя на режим, поддержания заданного режима, а также плавного изменения его по команде системы РКС изделия.

Основные технические данные

Главная ступень:

Расход горючего при номинальном положении Полумуфты (ψном =180°, ∆P = 4,0 МПа )	5,6 ±0.018	кгс-1
Рабочий диапазон угла поворота полумуфты	160°
Градиент изменений расхода по углу поворота полумуфты при	8,5 ±1,1	г/с*град
Рабочий диапазон перепадов давлений на редукторе	(2,0 ¸ 7,0)	МПа
Нечувствительность (гистерезис) не более	0,05	кг/с
Предварительная ступень:
Расход горючего	2,67±0.089	кг/с
Рабочий диапазон перепадов на регуляторе	(1.5 – 5.0)	МПа
Масса редуктора	14	кг

Конструкция

Основными деталями и узлами регулятора являются: корпус (I), гильза (3), плунжер (18), пружины (2) и (9), фланец (19), валик (21), полумуфта (20), крышка (13), игла (17), винты (16), (12), (4), тарелки (15), (5), втулка (II), шток (14) пироузла, гайка (6).

Корпус имеет отводной канал, величина переходного сечения которого регулируется винтом (16).

Конструкция

Гильза (3) запрессована в корпус (I) и является направляющей для плунжера (18). Зазор в трущейся "паре гильза-плунжер составляет 0,08 ¸ 0.1 мм. Плунжер соприкасается с гильзой по трем узким поясам. Полумуфта (20) жестко соединена с валиком (21) штифтом. За положением полумуфты относительно фланца (19) следят через глазок, вмонтированный во фланец.

Цилиндрический кулачок валика (21) имеет винтовую поверхность.

В трубке фланца (19) выполнен паз, величина открытия которого определяется положением кулачка валика (21).

Винт (4) со шпонкой при вращении гайки (6) перемещается и изменяет натяг пружины. Гайка через бронзовое кольцо (7) упирается в стопорное кольцо (8), установленное в выточке корпуса (I).

На головке иглы (17) выполнено четыре косых паза. При перемещении иглы изменяется величина перекрытия пазов торцом трубки фланца.

Во взведенном положении головка иглы (17) входит в трубку фланца (19). Пружина через тарель (5) и сухари (10) прижимает иглу квинту (12). Шток (14) пироузла входит в отверстие втулки (II), удерживая таким образом иглу во взведенном положении.

Материал гильзы и плунжера - сталь Х13, термообработанная. Фланец, крышка и корпус выполнены из термообработанной стали ЭП288.

Принцип действия регулятора основан на поддержании постоянного перепада давления на плунжере путем изменения дросселирующего сечения. Плунжер (18), изменяющий дросселирующее сечение при изменении перепада на нем, является чувствительным и исполнительным органом. Пружина (2) служит задатчиком, определяющим величину перепада давления на плунжере (18).

Регулятор установлен на линии питания горючим газогенератора.

Работа регулятора

Горючее в регулятор подается через натрубок А, проходит через параллельно работающие дросселирующие сечения Fa, Fд И Fк, Fпс (на пусковом режиме Fпс и Fо) и выходит из натрубка в газогенератор.

На остановившемся режиме плунжер (18) находится в равновесии под действием силы от перепада давления на дросселирующем сечении Fк (или Fпс на пусковом режиме) с одной стороны и силы сжатой пружины (2) - с другой. Отклонение перепада давления от установленной величины приводит к перемещению плунжера (18). В случае возрастания перепада давления на плунжере последний, перемещаясь, прикрывает дросселирующее сечение Fд, восстанавливая перепад в его прежнем значении. При уменьшении перепада давления на плунжере дросселирующее сечение Fд раскрывается и перепад давления на плунжере также восстанавливается.

Таким образом, расход горючего через регулятор определяется величиной дросселирующих сечений Fк - на основном режиме и Fпс - на пусковом.

Наличие параллельного канала подачи горючего (через дросселирующее отверстие Fо) обеспечивает возможность настройки регулятора.

Настройка регулятора производится при номинальном положении валика при =180°. Винтом (12) при этом регулируется величина дросселирующего сечения Fпс, винтом (16) - Fо, гайкой (6) - перепад давления на плунжере, после чего указанные регулировочные элементы контрятся.

В момент запуска двигателя игла (17) находится во взведенном положении. Регулятор обеспечивает постоянный расход горючего, соответствующий работе двигателя на режиме предварительной (ступени параллельно работают дросселирующие отверстия Fд и Fпс ).

После отстрела пироузла под действием потока и усилий пружины (9) игла (17) отбрасывается до упора в тарель (15). Проходное сечение трубки фланца раскрывается и дросселирующим становится сечение Fк. В момент отстрела валик занимает номинальное положение, после отстрела пироузла регулятор, таким образом, обеспечивает номинальный расход горючего в газогенератор. Изменение расхода горючего через регулятор и, следовательно, режима работы двигателя производится путем поворота валика (21) с полумуфтой (20) электроприводом системы РКС. При этом изменяется величина дросселирующего сечения Fк.

Профиль кулачка валика обеспечивает прямолинейную зависимость расхода горючего от угла поворота полумуфты. Изменение расхода производится плавно, со скоростью 0,З кг/с.

3.2. Дроссель ВД46-08 (поз.III)

Дроссель (рис.3.2) предназначен для регулирования выработки компонентов из баков путем изменения соотношения топливных компонентов в камере (за счет изменения по команде системы СОБ сопротивления магистрали).

Наименьший перепад на номинальном расходе – 1,2 МПа,

Наибольший - 108 ±1,5 МПа.

Исполнительный орган дросселя - гильза (2) перемещается с помощью кривошипно-кулисного механизма по стакану (I), имеющему два ряда профилированных окон. Фиксатор (17) предохраняет гильзу от поворота при вращении валика дросселя (5). Угол поворота валика соответствующий определенному положению гильзы относительно стакана, отсчитывается по лимбу, выполненному на фланце (7) корпуса.

При повороте полумуфты гильза (2) кривошипно-кулисного механизма перемещается, чем изменяется степень перекрытия окон стакана (I). Конфигурация окон обеспечивает прямолинейную зависимость перепада давлений на дросселе от угла поворота.

Угол поворота дросселя ограничивается механически упорами, рассчитанными на момент до 60 Нм.

Клапан пуска (поз. 10,5)

Клапан пуска 8Д43—41 (8д43-40) (рис. 3.3) предназначен для отделения полостей бака "Г" ("О") от двигателя и открытия доступа горючего (окислителя) к насосам при запуске двигателя.

Клапан мембранного типа, закрытый. принудительного действия состоит из корпуса (1) с диафрагмой (3), корпуса (2) с мембраной (9), ножа (12) со втулкой (3), упора (6), перемычки (5) и пружины (11).

К корпусу (I) приварены кольцо, ниппель, диафрагма толщиной 0,25 мм. Между корпусом и диафрагмой образуется управляющая полость, сообщенная с клапаном пуска Э433.

С целью выравнивания давления воздуха на диафрагму и искючения перекоса ножа, в корпусе выполнены два симметричных отверстия.

Мембрана (9) толщиной 0,2 мм. Приварена к корпусу (2) роликовой коротко-импульсной сваркой.

Двление управляющего воздуха – 18,5 МПа.

3.4Клапан эжектора 8Д43-14 (поз.18,19)

Клапан эжектора 8Д43-14 (рис.3.4) предназначен для предотвращения заливки полостей двигателя компонентами при нахождении двигателя в составе заправленного компонентами изделия. Срабатывает от рабочего давления (3,5 ¸7,5 МПа).

Клапан окислителя (поз.7)

Клапан окислителя (блок пироклапанов) (рис.З.7) – трехпозиционный и обеспечивает:

1. расход окислителя в газогенератор при работе двигателя режиме предварительной ступени;

2. расход окислителя при работе двигателя на номинальном режиме;

3. отсечку подачи окислителя в газогенератор при выключении двигателя.

Состоит из корпуса (1), седла (2), клапана (3), пружины (4) двух пироузлов (5) и сливного вентиля (7).

Пороховое сечение клапана на режиме предварительной ступени обеспечивается взаимным расположением грибка клапана и дросселирующего пояска на корпусе.

По команде на изменение режима двигателя (выход на номинальный режим) подается напряжение на пиропатрон пироузла 1-й ступени. Усилием пороховых газов, подводимых под поршень, срезается буртик штока, и шток конической поверхностью заклинивается во втулке пироузла, обеспечивая герметичность по месту заклинивания. Клапан под действием пружины и перепада давлений перемещается до упора в шток (6) пироузла 2-й ступени, обеспечивая полное открытие клапана и выход двигателя на номинальный режим.

По команде на выключение двигателя подается напряжение на пиропатрон пироузла 2-й ступени, при этом срезается буртик штока и шток заклинивается конической поверхностью во втулке пироузла.

Шток выходит из зацепления с клапаном, и клапан, перемещаясь под действием пружины и перепада давления, садится сферической поверхностью на конус седла, отсекая подачу окислителя в газогенератор.

РАБОТА ПГС

Заправка

Заправка баков изделия обеспечивает заполнение топливными компонентами магистралей двигателя до пусковых клапанов окислителя (5) и горючего (10).

Заправка и запуск двигателя.

Самые опасные по выбросам вредных веществ:

Паров и жидкого НДМГ

Паров и жидкого АТ

ПРИ заправке предусматривается выброс паров окислителя и горючего из заполняемых баков ракеты. Для предотвращения загрязнения атмосферы пары компонентов нейтрализуются специальными мобильными дожителями или стационарными нейтрализаторами

При хранении компонентов до заправки при всех работах на системах заправки все пары КРТ проводятся через нейтрализаторы. В случае проливов из-за неисправностей не заправочных магистралей от ракеты жидкие КРТ сливаются водой в специальную станцию нейтрализации.

Работа схемы в полете

Параметры работающего двигателя соответствуют данным, приведенным в разделе 1. Заданный режим поддерживается датчиком обратной связи (17), установленном на камере двигателя.

Регулирование двигателя по тяге производится путем перекладки регулятора (14) по сигналу, подаваемому от системы РКС на привод регулятора. Ограничение сверху режима форсирования двигателя обеспечивается изменением температуры генераторного газа, и, при достижении ею 700К – прекращением перекладки регулятора на увеличение расхода вне зависимости от команды РКС.

Обеспечение одновременного опорожнения баков изделия осуществляется системой СОБ. В случае рассогласования относительных уровней компонентов сигнал от датчиков уровня, расположенных в баках топливных компонентов, подается на привод дросселя.

В процессе работы диапазон возможного изменения направления вектора тяги (угол качания) двигателя составляет ± 8°.

Выключение двигателя

При достижении изделием заданной скорости полета от системы управления изделия подается команда на проведение. "НОРМАЛЬНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ" двигателя.

По этой команде подается напряжение на пиропатрон клапана отсечки (15) горючего от газогенератора. Через 0,12 ±0,044 с подается напряжение на пиропатроны клапанов отсечки "О" от газогенератора (7) и отсечки горючего от камеры (13). Одновременно выключается РКС и СОБ. Двигатель прекращает работу.

В случае преждевременного израсходования горючего или падения давления в камере сгорания двигателя ниже 75%, от номинального значения сигнализатор давления 2С-130 (20) выдает команду на выключение двигателя, которое происходит аналогично нормальному выключению.

Оставшиеся в баках ракеты после выключения копоненты топлива попадают в атмосферу и с остатками 1и 2ступени на поверхность Земли.

Количество компонентов попавших в атмосферу и на поверхность Земли может изменяться в зависимости от полетного задания и может достигать до 10…15% от заправленного в ракету(более 10 тонн). При этом большая часть окислов азота (АТ) испарится еще в полете в атмосфере, а НДМГ может достичь Земли проникнуть в почву.

5. ДВИГАТЕЛЬ 8Д44 В СОСТАВЕ РД 8Д45

ЖРД 8Д45 – двигатель первой ступени баллистической ракеты 8К81 – конструктивно выполнен в виде связки трех двигателей 8Д43 и одного – 8Д44, смонтированных на подшипниках хвостового отсека изделия и объединенных общими подводами компонентов топлива, воздуха запуска и продувочного азота.

Особенностью компоновки двигателя является симметричное расположение автономных двигателей относительно продольной оси изделия и одинаковая конфигурация с симметричным расположением относительно питающих автономные двигатели трубопроводов.

Тягу автономных двигателей воспринимает силовая ферма и каркас силового отсека.

Каждый автономный двигатель может отклоняться от нулевого положения на угол ± 8°.

Оси качания автономных двигателей расположены в одной плоскости, перпендикулярной оси изделия. В нулевом положении оси автономных двигателей параллельны оси изделия.

Тяга автономных двигателей передается на силовые элементы хвостового отсека изделия через цапфы, двухрядные сферические подшипники и корпусы подшипников.

Отклонение автономных двигателей от нулевого положения на угол 8° в заданной плоскости осуществляется гидравлическими рулевыми машинами РМ-50, работающими от системы управления изделия и входящих в комплектацию изделия.