РД-107

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ РФ
Балтийский Государственный Технический Университет
' ВОЕНМЕХ '


В.В.Красник













Учебно-методическое пособие
по лабораторной работе
' Изучение двигателей РД-107-РД-108














' Утверждено на заседании
Кафедры А3
Зав. Кафедрой А3
Ю.Н. Филимонов























Санкт-Петербург
2008


Содержание.


Введение .. 1
1.Основные параметры двигателей РД-107 и РД-108...3
1.А. Экологические характеристики двигателя.
2.Двигатель РД-107..5
2.1.Пневмогидравлическая схема...5
2.2.Основные агрегаты и узлы двигателя РД-107.8
2.2.1.Основная камера сгорания.8
2.2.2.Турбонасосный агрегат.11
2.2.3.Газогенератор14
2.2.4.Агрегаты автоматики двигателя РД-107.15
2.2.4.1.Редукторы РД-107..15
2.2.4.2.Регуляторы РД-107.16
2.2.4.3.Клапаны жидких компонентов РД-10718
2.2.4.4.Газовые клапаны РД-10721
2.2.5.Рулевые агрегаты ДУ РД-10721
2.2.5.1.Рулевая камера сгорания23
2.2.5.2.Узлы подвода горючего и окислителя..23
3.Отличие двигателя РД-108 от РД-10723
Список использованных источников27















Список использованных источников.

1.Альбом конструкций ЖРД (часть III) (п/р Глушко В.П. ).
Военное издательство МО СССР, М.,1969.
2. Атлас конструкций ЖРД . Часть I. ( п/р Гахуна Г.Г.),
МАИ, М., 1969.
3.Атлас конструкций ЖРД. Часть II. (п/р Гахуна Г.Г.),
МАИ , М., 1973.
4.Атлас конструкций ЖРД. Часть III. (п/р Гахуна Г.Г.),
МАИ , М., 1981.
















Введение.
Разработка многокамерных двигателей РД-107, РД-108 тягой в пустоте 1,0 Мн и 0,92 Мн соответственно была начата в опытно-конструкторском бюро под руководством главного конструктора В.П. Глушко в 1954 году. За сравнительно короткий срок были созданы двигатели, работающие при большом по тому времени давлении в камере и значительно превосходящие по своим характеристикам (тяга, удельный импульс, надежность и др.) все раннее созданные двигатели. Этому способствовала хорошо отработанная система смесеобразования и ряд принятых конструктивных решений. Создание двигателей РД-107, РД-108 явилось
выдающимся событием в ракетостроении. С 1957 года советские космические и межконтинентальные ракеты были оснащены этими двигателями или их модификациями. С помощью РД-107 и РД-108 выводились на орбиту спутники Земли , Луны и Солнца, автоматические станции к Луне, Марсу и Венере, пилотируемые корабли-спутники 'Восток', 'Восход', 'Союз' .
На ракетах для которых были созданы двигатели РД-107, РД - 108 и их модификации, устанавливается по пять двигателей : по четыре двигателя РД-107- на боковых блоках каждой ракеты, представляющих собой первую ступень ,и по одному двигателю РД-108- на центральном блоке, представляющим собой вторую ступень ракеты, запускающуюся одновременно с первой.
Двигатели РД-107 и РД-108 многокамерные. Они аналогичны по схеме и конструкции. Каждый двигатель состоит из четырех основных камер сгорания ( КС ) , одного турбонасосного агрегата ( ТНА ), газогенератора ( ГГ ), испарителя азота для наддува баков ракеты , комплекта агрегатов автоматики, узлов и деталей общей сборки. Кроме того, на двигателе РД-107 имеются два рулевых агрегата ,а на двигателе РД- 108 четыре рулевых агрегата , которые служат для управления полетом ракеты. Рулевые агрегаты включа-
ют в себя рулевые камеры и узлы, обеспечивающие их качание и подвод компонентов. Рулевые агрегаты питаются от основного ТНА.
Схема установки двигателей на ракете приведена на рисунке (рис. 1).

1.Основные параметры двигателей РД-107 и РД-108 .

Параметры Двигатели
РД-107 РД-108

Тяга в пустоте, (МН) 1,0 0,92

Тяга у земли , (МН) 0,82 0,73

Удельный импульс в
пустоте , ( М/СЕК) 3067 3087

Удельный импульс у
земли , (М/СЕК ) 2509 2430

Коэффициент полноты
удельного импульса
камеры сгорания 0,938 0,944

Давление в КС ,( МПА) 5,85 5,10

Мощность ТНА ,( МВТ) 3,827 3,238

Габариты , ( М )
диаметр 2,58 1,95
высота 2,86 2,86

Давление на срезе
сопел основных
КС (МПА) 0,039 0,033

Окислитель Жидкий кислород

Горючее Керосин -' Т-1 '

Компоненты
Газогенерации Перекись водорода 82%
Катализатор марки Ж-30-С-О

Массы двигателя(кг) 1190 1279

На двигателях РД-107 и РД-108 было впервые осуществлено регулирование по тяге и соотношению компонентов топлива при работе их на основном режиме , что позволило существенно повысить эффективность ракеты как за счет обеспечения более полной и синхронной выработки компонентов топлива из баков ( система СОБ ), так и за счет обеспечения полета ракеты с заранее рассчитанной оптимальной скоростью по всей траектории полета ( система регулирования кажущейся скорости - РКС ). Применение рулевых КС с достаточно высоким удельным импульсом ( в пустоте -3070 м/сек, у земли- 2470 м/сек ) позволило обеспечить необходимую эффективность системы управления полетом ракеты с малыми потерями удельного импульса двигательной установки в целом .

1.А. Экологические характеристики двигателя.
Двигатель экологически чистый по основным КРТ. Кислород входит в состав воздуха. Экологическая опасность использования кислорода связана с возможностью возгорания различных материалов, при котором могут возникнуть вредные выбросы в атмосферу.
Керосин как смесь жидких углеводородов является загрязнителем окружающей среды. При эксплуатации двигателя должны быть обеспечены минимальные выбросы его в виде паров в атмосферу, а также попадание его на почву и в водные бассейны.
Продукты сгорания керосина с кислородом содержат вредные вещества – окись углерода СО, несгоревшие углеводороды.
Перекись водорода Н2О2 является мало ядовитым веществом. Вызывает сильное раздражение, при попадании на кожу, на слизистые и в дыхательные пути. При работе рекомендуется использовать защитные костюмы, очки (маску), сапоги и перчатки. В закрытом помещении с туманом Н2О2 - противогаз.



2. ДВИГАТЕЛЬ РД-107.
Внешний вид этого двигателя показан на рис.2

2.1 Пневмогидравлическая схема двигателя.

На рис. 3 приведена упрощенная пневмогидравлическая схема (ПГС) двигателя РД-107 . (С подробной ПГС можно ознакомится в / 1/) . Рассмотрим ее функционирование при запуске, работе на режиме номинальной тяги и отсечке ДУ.
Перед запуском автоматика двигателя находится в следующем положении: все электропневмоклапаны (ЭПК) обесточены ; редуктор (1) настроен на давление , обеспечивающее номинальный режим работы двигателя ; дроссель горючего установлен в положение , обеспечивающее номинальное соотношение компонентов ; в основных и рулевых камерах установлены пирозажигающие устройства ( ПЗУ ) (32); клапаны горючего (24) и окислителя (23) удерживаются в закрытом положении воздухом , подаваемым в их управляющие полости через редуктор (12) и открытые ЭПК (21) и (22) от бортового баллона
( дублирование на случай неисправности бортовой системы ВВД осуществляется от наземной установки – см. ПГС , рис.3) ; перекрывной клапан перекиси водорода (15) и клапан азота (11) закрыты под действием своих пружин ; ЭПК (17), (9), (13) закрыты. При этом происходит стравливание воздуха через предохранительный клапан в выходной полости редуктора (1).
Для предотвращения попадания в зарубашечные полости и в форсуночную головку КС паров кислорода ( из – за возможной негерметичности клапана окислителя ) и влаги из окружающей среды с момента начала охлаждения магистрали окислителя перед заправкой ракеты начинается продувка указанных полостей небольшим расходом воздуха через обратные клапаны (25). За 3-5 мин. До запуска начинается интенсивная продувка этих полостей азотом .
Запуск двигателя на режим номинальной тяги ( главная ступень тяги) осуществляется через предварительную и две промежуточные ступени для предотвращения заброса давления в КС . Выход двигателя на режим , соответствующие промежуточным ступеням тяги осуществляется изменением
давления воздуха в управляющей полости регулятора расхода перекиси (10) за счет стравливания воздуха через жиклеры (8) и (14) при неизменной настройке редуктора (1).
Перед включением двигателя подается напряжение на ЭПК (9) и (13), и они открываются ,обеспечивая стравливание воздуха через жиклеры (8) и (14) . При этом в управляющей полости регулятора (10) устанавливается давление , равное ~ 66 % от номинального, на которое настроен редуктор (1).
Включение двигателя производится подачей команды на замыкание всех ПЗУ(32). Дальнейшее протекание всех операций по запуску осуществляется автоматически . В результате воспламенения всех ПЗУ перегорают установленные в них сигнализаторы. После регистрации перегорания сигнализаторов во всех камерах подается напряжение на ЭПК (22), управляющий работой клапана окислителя (23) . ЭПК (22) закрывается , воздух из управляющей полости клапана (23) стравливается в атмосферу и последний открывается на предварительную ступень , что контролируется замыканием контакта . Кислород начинает самотеком поступать к основным и рулевым КС. При условии замкнутости контакта клапана окислителя (23) через 2,5+-0,3 сек после подачи напряжения на ПЗУ подается напряжение на ЭПК (21), открывающий клапан горючего (24) на предварительную ступень .Через 2,2+0,2 сек после команды на открытие клапана горючего , до того, как успеют заполнится керосином зарубашечные полости КС, подается команда на выключение продувки . При попадании керосина в КС он воспламеняется и двигатель выходит на режим предварительной ступени. При этом замыкаются контакты реле (27).
Через 9,5 сек после подачи команды на ПЗУ включается контроль режима предварительной ступени. Если в течении 1+0,2 сек. не произойдет замыкание контактов реле (27) и контакта клапана окислителя , то поступает команда на включение первой промежуточной ступени . При этом подается питание на ЭПК (17). Он открывается и подает воздух в управляющие полости клапанов (11( и (15) , открывая их .Перекись водорода начинает поступать в ГГ (19),а жидкий азот в испаритель(6) и затем на наддув всех баков .
В ГГ перекись водорода , попав на катализатор , разлагается на образовавшийся парогаз поступает на лопатки турбины (5). ТНА начинает работать. При этом увеличивается давление компонентов за насосами (2,3,4,7). Под действием возрастающего давления клапан горючего (24) открывается на главную ступень. Затем при достижении давления за насосом окислителя (4)~2,6 МПа осуществляется разрыв болта, удерживающего клапан окислителя (23) в положении предварительной ступени, и клапан открывается на главную ступень, что контролируется соответствующими контактами. При достижении в основных КС давления ~ 2,45Мпа размыкаются контакты реле давления(28), контролирующего выход двигателя на первую промежуточную ступень. Переход на режим второй промежуточной ступени осуществляется закрытием
(обесточиванием ) ЭПК (13). Стравливание воздуха осуществляется только через жиклер (8), что приводит к увеличениюдавления в управляющей полости регулятора (10) и, следовательно, расхода и давления подачи перекиси водорода в ГГ ( 19). Это влечет за собой изменение в режиме работы ТНА. Давление подачи компонентов увеличивается. Двигатель выходит на режим второй промежуточной ступени.
Перевод двигателя на режим главной ступени тяги осуществляется после отделения ракеты от стартового стола, на шестой секунде после срабатывания контакта подъема. При этом закрывается ( обесточивается ) ЭПК (9). Стравливание воздуха через жиклер (8) прекращается . В управляющей полости регулятора (10) устанавливается давление , соответствующее главной ступени тяги, на которое был настроен перед запуском
редуктор(1). Давление подачи и расходы компонентов повышаются до номинальных значений. Двигатель выходит на режим главной ступени тяги.
Регулирование тяги в полете осуществляется при совместной работе систем РКС и СОБ. Исполнительным элементом системы РКС является редуктор точной настройки(1) с электроприводом. Для улучшения процесса регулирования в систему РКС введена обратная связь по давлению в КС, осуществляемая с помощью прецизионного датчика давления (26). Исполнительным элементом системы СОБ является дроссель горючего (18) с электроприводом.
Включение двигателя производится ступенчато с целью уменьшения импульса последействия. Предварительно открываются ЭПК (9) и (13); при этом воздух стравливается через жиклеры (8) и (14). Двигатель переходит на режим первой промежуточной ступени. Одновременно срабатывают пироклапаны (29) рулевых камер, прекращая подачу окислителя в них. Через 1 сек обесточиваются ЭПК (17), (21) и (22).При этом закрывается перекрывной клапан перекиси водорода (15).ТНА перестает работать. Давление за насосом снижается, и закрываются клапаны горючего (24), окислителя (23) и жидкого азота (11). Двигатель выключается.

2.2 Основные агрегаты и узлы двигателя РД-107.

2.2.1 Камера сгорания (основная).
Камера сгорания представляет собой паяно-сварную неразъемную конструкцию и состоит из форсуночной головки ,средней части и сопла (см. схему рис.4). Конструкция камеры представлена в /1/ и /2/.
На форсуночной головке установлены 277 двухкомпонентных тангенциальных центробежных форсунок открытого типа и 60 однокомпонентных центробежных форсунок горючего(Г) в периферийном ряду для создания пристеночного слоя с избытком горючего.
Все двухкомпонентные форсунки одинаковы по конструкции и расположены равномерно по 9 концентрическим окружностям(плюс одна форсунка в центре головки). Окислитель(О) поступает в форсунку через 4 тангенциальных отверстия, горючее через 3. Двухкомпонентные форсунки по точности изготовления (по расходу через них) разбиты на 9 классов- для каждой из полостей ( 'Г' и 'О') устанавливаются по три градации расхода (размеров). Форсунки различных классов достаточно равномерно распределяются по площади головки. Такая компоновка головки позволила получить стабильные характеристики системы смесеобразования и явилась достаточно эффективным методом подавления высокочастотных пульсаций давления в КС.
Все форсунки припаяны к плоским внутреннему и среднему днищам, между которыми находится полость горючего.
Полость окислителя образована средним днищем и наружным сферическим днищем (см. схему рис.4). Для увеличения прочности между средним и наружным днищами установлены две кольцевые перегородки с отверстиями для прохода окислителя.
Средняя часть камеры включает в себя цилиндрический участок КС, докритическую часть и начальный участок закритической части сопла. Огневая (внутренняя) стенка средней части состоит из двух секций. Профилированная секция для улучшения условий охлаждения выполнена фрезерованной (см. схему рис.4) На менее теплонапряженном цилиндрическом участке огневая стенка гладкая. Она соединена с рубашкой
пайкой через гофрированную проставку.
Конструкция сопловой части аналогична и ясна из схемы Рис.4. На этом же рис. Представлена схема наружного охлаждения КС. Для уменьшения габаритов двигателя подвод горючего осуществляется на некотором удалении от среза сопла. При этом на входе в охлаждающий тракт горючее делится на два потока. Один поток по каналам между рубашкой и гофрированной проставкой направляется в сторону форсуночной головки, второй по таким же каналам доходит до среза сопла и возвращается обратно по каналам, образованным гофрированной проставкой и огневой стенкой. В месте стыка гофрированных проставок оба потока соединяются и продолжают движение в сторону форсуночной головки.

Материалы , применяемые при изготовлении КС.

Наименование деталей Материал

Внутренние стенки, внутреннее
днище, форсунки Бронза БрХ08

Гофрированные проставки Сплав № 5 (на мед-
ной основе )

Днища среднее и наружное,
патрубки, фланцы, силовые
кольца, перегородки и т.д. Сталь ЭИ654
Трубы, соединительное
кольцо средней части и
сопла Сталь Х18Н10Т

Рубашка сопла Сталь 12Х2НВФА

Рубашка средней части Сталь 21Х2НВФА

Припои
1- для пайки форсунок ПСр 37,5
2- для пайки средней
части и сопла ПСрМНЦ-38

Основные параметры КС.

Расход горючего (кг/с) 20,8
Расход окислителя (кг/с) 52,2
Диаметр цилиндрической
части КС (мм) 430
Диаметр критического
сечения (мм) 165,8
Диаметр выходного
сечения сопла (мм) 720
Объем КС докритического
сечения (м^3) 0,085
Относительная расходонапря-
женность (расход отнесенный
к давлению в КС и к площади
форсуносной головки кг/с*м^2*па) 86*10 (-6)
Время прибывания продуктов в КС (с) 5,59*10(-3)


2.2.2. Турбонасосный агрегат

ТНА РД-107 (см. схему рис.5) состоит из турбины, насосов окислителя, горючего, перекиси водорода и жидкого азота. В РД-107 с ТНА совмещен также испаритель жидкого азота.
Турбина- осевая, двухступенчатая, высокоперепадная, активного типа с консольным расположением ротора, работает на продуктах разложения перекиси водорода.
Насос окислителя шнекоцентробежный с двухсторонним подводом компонента. Выходная рабочая полость выполнена в виде спирального отвода (улитки) и комбинации с диффузором.
Турбина и насос окислителя имеют общий вал, насос горючего имеет свой вал. Валы расположены соосно и соединены рессорой.
Крутящий момент на валы вспомогательных насосов перекиси водорода и жидкого азота передается через мультипликатор, ведущая шестерня которого расположена консольно на валу насоса горючего. Применение мультипликатора позволило использовать для вспомогательных насосов более высокие частоты вращения, что повысило экономичность, уменьшило вес и габариты как насосов перекиси водорода и жидкого азота, так и всего ТНА. Вспомогательные насосы центробежные, имеют односторонний подвод, преднасосов нет.
В ТНА применяются комбинированные уплотнения, состоящие из фторопластовых (в насосе окислителя) и резиновых (в насосе горючего), манжет чугунных разрезных колец, отражателя и лабиринтов.
Смазка и охлаждение шариковых подшипников, применяемых в ТНА РД-107, осуществляется различно: в насосе окислителя- небольшим расходом жидкого кислорода из полости высокого давления через специальные сверления, в насосе горючего- с помощью специальной консистентной смазки, стойкой к горючему, в насосе перекиси водорода тоже консистентной смазкой, а в насосе жидкого азота – жидким азотом.
В полость мультипликатора заливается специальная жидкая смазка.

Материалы применяемые в ТНА.

Наименование Материал
деталей Насосы
' О ' ' Г ' Перекись Азот
водорода
Корпус Алюминиевый сплав Ал.4
Крыльчатка Алюминиевый сплав Ал.4
Вал сталь сталь сталь сталь
38ХА 38ХА 2Х13 38ХА
Шнек Ал.
сплав АК8 - - -
Осевая крыльчатка - сталь - -
ОХ18Н9Л - -
Лабиринт бронза сталь сталь сталь
БрОС5-25 2Х13 2Х13 2Х13
Кольцо уплотнения
на валу чугун чугун
СЧ18-36 СЧ18-36

Турбина
Диск ротора сталь 2Х13
Рабочие лопатки сталь 2Х13
Сопловой аппарат сталь 25
Лопатки направляю-
щего аппарата Алюм.сплав АК4
Выхлопной коллектор сталь 12Х2А
Основные параметры ТНА.

Мощность ТНА (МВт) 3,827
Число оборотов турбины и основных 8300
Насосов (' Г ' и ' О ') (об/мин)
Число оборотов вспомогательных
насосов (об/мин) 18100
Расход окислителя (кг/с) 226
Расход горючего (кг/с) 91,4
Расход перекиси водорода (кг/с) 8,8
Расход жидкого азота (кг/с) 1,75
Минимальное давление на входе в
насос ( ' О ') (Мпа) 0,44
Минимальное давление на входе в
насос ( ' Г ) (Мпа) 0,27
Минимальное давление на входе в
насос перекиси водорода (Мпа) 0,28
Минимальное давление на входе в
насос (Мпа) 0,35
Давление на выходе из насоса 'О' (Мпа) 7,84
Давление на выходе из насоса 'Г' (Мпа) 9,26
Давление на выходе из насоса перекиси 8,03
водорода (Мпа)
Давление на выходе из насоса жидкого
азота (Мпа) 3,82
КПД насоса ' О ' 0,67
КПД насоса ' Г ' 0,65
Эффективный КПД турбины 0,57
Температура парогаза на входе в
турбину ( К ) 833
Давление на входе в турбину (Мпа) 5,34
Давление на выходе из турбины (Мпа) 0,14
Сухая масса ТНА (кг) 237
Относительная масса ТНА (масса ТНА,
заполненного компонентами, отнесен
ная к единице тяги двигателя у Земли) (кг/Мн) 330

Подробное описание конструкции ТНА, его характеристик, методов проведения испытаний и ряд других вопросов изложены в /1/, / 3 /.

2.2.3. Газогенератор.

Газогенератор предназначен для выработки рабочего тела для ТНА. В нем происходит каталитическое разложение маловодной перекиси водорода , в результате чего образуется парогаз - смесь водяного пара и газообразного кислорода .
В качестве катализатора используется твердый катализатор марки ' Ж-30-С-О ', представляющий собой смесь зерен неправильной формы размером от 6 до10 мм. Зерна представляют собой спеченное из карбонильного порошкового железа, натриевой селитры и соды пористое окисленное железо. 50% общего количества зерен покрывается активным слоем, состоящим из водного раствора перманганата калия и соды. Эти зерна и являются соответственно катализатором.
Схема ГГ представлена на рис.6 . Наличие 2-х пакетов катализатора позволяет увеличить поверхность контакта перекиси водорода с катализатором при небольшом диаметре ГГ и уменьшить перепад давления на катализаторе. Перекись водорода через жиклер подается в полость между пакетами. Неразложившаяся в пакетах перекись доразлагается в устанавливаемых для этой цели сетках и шнеках. ГГ заключен в теплоизолирующий кожух.
Основные характеристики ГГ.

Давление парогаза на выходе из ГГ (Мпа) 5,35
Расход перекиси водорода (кг/с) 8,8
Удельная нагрузка (кг перекиси/кг катализ.) 3,8
Время работы с обеспечением выходных
параметров ( с ) > 140
Масса ГГ с катализатором (кг) 19,5
Подробное описание устройства ГГ дано в / 1 /.

2.2.4. Агрегаты автоматики двигателя РД-107.

В этом разделе будут рассмотрены принципиальные схемы регуляторов, редукторов, топливных клапанов, газовых клапанов и других элементов ПГС. Конструкция и подробное описание этих элементов представлены в / 1 /, /4 /.

2.2.4.1 Редукторы РД-107.
Редуктор точной настройки.

Редуктор точной настройки (см.поз.1, рис.3 ) предназначен для управления работой регулятора расхода перекиси водорода (поз.10 рисю 3 ). Принципиальная схема редуктора представлена на рис. 7.
Сжатый воздух высокого давления (ВВД) через фильтр( 9) поступает в полость высокого давления редуктора. Редуцирование воздуха происходит между седлом (5) и клапаном (4), который отжат от седла разностью усилий пружин (7) и (10), а также разностью сил давлений ВВД и воздуха в полости ' Б' редуктора организованно постоянное стравливание воздуха из этой полости через жиклер с фильтром (3). Величина стравливания определяется зазором между клапаном (13)и седлом (14). зазор устанавливается, исходя из равновесия сил сжатия пружин (12) и (2) и сил давления воздуха в полостях ' А ' (или В) и 'Б '.
Предварительная настройка редуктора осуществляется поджатием пружины (7) с помощью регулировочного винта (8).
Перенастройка редуктора в полете осуществляется изменением поджатия пружины (2) регулировочным винтом (15) с электроприводом (1), входящим в систему РКС.
В редукторе применены следующие материалы : седла выполнены из бронзы БрАжмц , клапаны и шнеки из стали Ст.2Х13, манжеты из резины 9035, корпус и другие детали из Алюминиевого сплава АВ.

Редуктор грубой настройки.
Редуктор грубой настройки ( см.поз. 12, рис. 3 ) предназначен для поддержания рабочего давления , необходимого для работы агрегатов автоматики, в течении всего времени работы двигателя.
Принципиальная схема редуктора представлена на рис. 8.
Сжатый ВВД через фильтр (2) поступает в полость ' А '. Редуцирование осуществляется в зазоре между клапаном (3) и седлом (1). Величина зазора определяется из условия равенства нулю алгебраической сумме всех сил, действующих на клапан (имеется в виду сила сжатия пружин (4) и (6) и силы давления воздуха со стороны полости 'А' и 'Б').
Настройка редуктора на заданное давление на выходе осуществляется изменением поджатия пружины с помощью регулировочного винта (7) .
В редукторе применены следующие материалы: седло выполнено из алюминиевого сплава Д16 , регулировочный винт из стали СТ.2Х13 , манжета из резины 9035 корпус из алюминиевого сплава АК8.

2.2.4.2. Регуляторы РД-107.
Дроссель горючего.

Дроссель горючего (см. поз.18, рис.3) предназначен для изменения гидравлического сопротивления магистрали горючего при первоначальной настройке двигателя на требуемое соотношение компонентов и в процессе работы ДУ в соответствии с сигналами системы СОБ . Агрегат состоит из собственного дросселя и электропривода.
Принципиальная схема дросселя горючего представлена на рис. 9.
Дросселирующая часть выполнена в виде двух колец с окнами, расположенных вплотную друг за другом. Часть горючего протекает по внутренней полости колец 'А', имеющей постоянное сечение, а часть через окна ' Б ', меняющие площадь проходного сечения в зависимости от расположения подвижного кольца (1) относительно неподвижного(2). Поворот подвижного кольца (1) во время работы дросселя осуществляется с помощью червячной передачи в паре: валик (4)- подвижное кольцо. Валик (4) при этом перемещается поступательно, выступая в роли рейки в зависимости от поворота зубчатого сектора электропривода(5) , также образующего с валиком червячную пару. Настройка дросселя обеспечивающая первоначальное соотношение компонентов, осуществляется при повороте валика (4) за хвостовик (6). При этом сектор (5) остается неподвижным , а валик (4) вращаясь , движется поступательно. Поворот подвижного кольца (1) происходит из- за разных величин шагов двух червяков валика.
В дросселе применены следующие материалы: кольца выполнены из стали марки Х18Н10Т ,корпус из алюминиевого сплава, валик из стали марки 12Х2НВФ.

Регулятор перекиси водорода.
Регулятор(см. поз.10 ,рис.3) служит для поддержания заданного давления перекиси водорода (расхода) на входе в ГГ в течении всего времени работы двигателя, а также для ее слива из магистрали при испытании двигателя на стенде .
Принципиальная схема регулятора представлена на рис.10.
Элементом сравнения в регуляторе является мембрана (4). В полость 'А' подается управляющий воздух от редуктора точной настройки. Дросселирование перекиси водорода осуществляется в проходных щелях гильзы (2) . Площадь щелей меняется при перемещении золотника(1), которое происходит до тех пор, пока силы действующие на мембрану, - давление управляющего воздуха и давление жидкости на днище золотника – не
будут уравновешены. При этом на выходе (полость 'Б') устанавливается необходимое давление подачи перекиси водорода в ГГ. Для слива компонента из магистрали открывается вручную клапан(5).
В регуляторе применены следующие материалы : золотник, гильза, корпус выполнены из алюминиевого сплава Амг7, мембрана резиновая армированная.

2.2.4.3 Клапаны жидких компонентов РД-107.
Главный клапан кислорода.
Главный клапан кислорода (поз. 23 рис.3 ) служит для подачи окислителя в основные и рулевые КС двигателя РД-107.
Принципиальная схема клапана представлена на рис.11.
При подачи сжатого воздуха в управляющую полость 'А' клапана давления воздуха , действующее на подвижное основание большого сильфона (1) через штангу (2) передается на клапан (4). Клапан, сжимая пружину (3), плотно прижимается тарелями к седлам корпуса. Наконечник включателя (9) размыкает контакты (8). Клапан закрыт.
При сбросе сжатого воздуха из полости 'А ' под действием давления компонента ( давление наддува бака 'О' и гидростатический напор ), а также пружины (3) клапан (4) отводится от седел до упора головки разрывного болта в корпус. Наконечник включателя (9) замыкает контакты (8). Клапан окислителя открыт на предварительную ступень. В КС подается ограниченный расход окислителя.
При достижении работы окислителя на входе в клапан ~ 2,6Мпа обрывается разрывной болт (5) и клапан под действием давления окислителя и усилия пружины (3) резко открывается (до упора в корпус). Контакты включателя (8) размыкаются. Такое положение клапана соответствует его открытию на главную ступень. В клапане окислителя предусмотрены продувка его полостей газообразным азотом перед запуском.
Основные детали клапана выполнены из следующих материалов: корпус из алюминиевого сплава АЛ4, сильфон из стали Х18Н10Т, пружина ( поз.3 ) из стали 50ХФА.

Главный клапан горючего.
Главный клапан горючего (поз.24 , рис.3) предназначен для управления подачей керосина в основные и рулевые КС двигателя РД-107.
Принципиальная схема клапана изображена на рис.12.
С целью увеличения эффективной площади, на которую воздействует сжатый воздух, полость управляющего давления представляет собой две сообщающиеся полости А и Б. Их герметизация осуществляется с помощью манжет . При подаче сжатого воздуха в управляющие полости тарель клапана (1) плотно прижимается к седлу. Клапан закрыт.
При стравливании воздуха из управляющих полостей тарель под действием давления горючего отходит от седла до упора буртика (6) в опору (2) . Клапан открыт на предварительную ступень.
При достижении определенного давления горючего на входе в клапан тарель начинает отжиматься, преодолевая усилие пружин (4) и (5) . С ростом давления тарель отжимается до упора в торец направляющей (7). Клапан открывается полностью.
Основные детали выполнены из следующих материалов: корпус- из алюминиевого сплава АЛ4, направляющая из алюминиевого сплава АВ, сильфон- из стали Х18Н10Т , пружина стали 50ХФА.

Отсечной пироклапан окислителя рулевых КС.

Клапан служит для отсечки подачи кислорода в рулевую КС при отключении двигателя.
Принципиальная схема пироклапана отсечки приведена на рис. 13.
Работает пироклапан следующим образом. При воспламенении пироклапана (1) в полости ' А ' создается давление, под действием которого на поршень (2), шток (4) , срезая свой буртик (3), движется вместе с клапаном (5) до упора последнего в седло (6). Шток заклинивается в этом положении, так как его движение в направляющей (7) осуществляется по прессовой посадке.
Основные детали пироклапана выполнены из следующих материалов: корпус и клапан –из алюминиевого сплава АВ , направляющая - из стали Х18Н10Т , поршень –из стали Эи-654,
шток- из алюминия АД-М.


Перекрывной клапан.

Перекрывной клапан (поз.15, рис.3) служит для управления подачей перекиси водорода в Гг. Он выполняет также функции обратного клапана.
Принципиальная схема перекрывного клапана представлена на рис.14.
Клапан находится в закрытом состоянии под действием пружин (3). При подаче управляющего воздуха в полость клапана 'А' под действием последнего на поршень (2) пружины (3) сжимаются. Шток (4) отходит от клапана (поз.1)ю Давлением перекиси водорода клапан (1) отжимается от седла. При этом сжимается пружина (5). Клапан открыт.
Если по каким либо причинам давление на выходе из клапана сравняется с входным или превысит его, клапан закроется под действием пружины (5). В этом случае перекрывной клапан работает как обратный.
При стравливании воздуха из управляющей полости клапан закрывается.
Основные детали изготовлены из следующих материалов:
корпус выполнен из алюминиевого сплава АВ , клапан и седлоиз алюминиевого сплава АМГ7.

Клапан жидкого азота.

Клапан (поз.2, рис.3) предназначен для подачи жидкого азота в испаритель. Его принципиальная схема изображена на рис.15.
Клапан работает следующим образом. При отсутствии управляющего воздуха в полости ' А ' тарель (1) клапана под действием пружины (5) и давления жидкого азота плотно прижата к седлу (2). Клапан закрыт.
При подачи в управляющую полость 'А' сжатого воздуха основание (6) сильфона (4) перемещается до упора (7) , отжимая клапан(1) от седла(2) .Пружина (5) сжимается .Клапан открыт.
Корпус клапана изготовлен из алюминиевого сплава АВ.


2.2.4.4. Газовые клапаны РД-107.
Электропневмоклапаны.
В ДУ применяются ЭПК двух типов:
А) Нормально открытые клапаны, установлены на линии управляющего воздуха клапанов ' Г ' и ' О ' ( поз. 21,21 , рис.3).
принципиальная схема клапанов этого типа приведена на рис.16 ( А, Б ). На рис. 16-А ЭПК изображены в положении, когда электромагнит обесточен; воздух подается в управляющую полость топливного клапана. На рис. 16-Б питание на электромагнит ЭПК подано ; осуществляется дренаж воздухом из управляющей полости топливного клапана.
Б) Нормально закрытые ЭПК, установленные на линии управляющего воздуха перекрывного клапана перекиси водорода и клапана азота (поз.17,рис.3), а также на линии стравливания воздуха из управляющей полости регулятора перекиси водорода (поз.9,13 ,рис.3). Принципиальная схема ЭПК этого типа приведена на рис.17 (А, Б ).
На рис.17-А ЭПК изображен в положении когда электромагнит обесточен. При этом осуществляется дренаж из заклапанной полости в атмосферу. На рис.17-Б на электромагнит ЭПК подано напряжение. Воздух проходит через ЭПК либо в управляющие полости клапанов, либо к жиклерам(поз.8,14,рис.3).

Обратные клапаны.

В ДУ РД-107 применены обратные клапаны различных конструкций. Так, например, обратные клапаны (позю25,рис.3) объединены в единый блок. Однако принцип действия всех обратных клапанов одинаковы (см. схему рис.19).

Рулевые агрегаты ДУ РД-107.

Рулевые агрегаты двигателя аналогичны по конструкции, один агрегат является зеркальным отражением другого.
Основными элементами рулевого агрегата является камера сгорания , узел подвода горючего, узел подвода окислителя, пироклапан отсечки окислителя.( Описание последнего приводится в разделе 2.4.3).


Рулевая камеры сгорания.

Конструкция и подробное описание камеры представлены
в / 1 /.
Рулевые КС представляют собой паяно-сварную конструкцию, состоящую из форсуночной головки, средней части и сопла.
На форсуночной головке установлены 163 однокомпонентные центробежные тангенциальные форсунки ( 90 форсунок окислителя , 37 основных и 36 периферийных форсунок горючего). Расположение форсунок близко к сотовому. Все форсунки припаяны твердым припоем к внутреннему и среднему днищам, образующим полость горючего. Конструкция средней и сопловой частей , а также оформления их стыков аналогичны основным КС.
Основные параметры рулевой КС.

Расход горючего (кг/с) 4,15
Расход окислителя (кг/с) 8,55
Диаметр цилиндрической 180
части КС (мм)
Диаметр критического
сечения (мм) 71,5
Объем КС докритичес-
кого сечения (м^3) 0,0085
Относительная расходонап-
ряженность ( расход, отне-
сенный к давлению в КС и
к площади форсуночной
головки) (кг /см^2*па) 92*10(-6)
Время пребывания продук-
тов в КС (с) 2,93*10(-3)
Диаметр выходного се-
чения (мм) 310


Узлы подвода горючего и окислителя.


Узел подвода окислителя является одновременно опорой КС, обеспечивающей возможность ее качания , и устройство , осуществляющим подвод окислителя от неподвижного трубопровода к качающейся рулевой КС .
Узел подвода горючего , кроме того , обеспечивает фиксацию рулевой КС по оси качания ; в его состав входят рычаг для присоединения привода качания рулевой КС и устройство связи камеры с датчиком обратной связи системы качания .
Конструкции узлов подвода компонентов приведены в /1/ .



3.Отличие двигателя РД-108 от РД-107.

Ранее (в разделах 1 и 2) уже были приведены некоторые различия в компоновке и параметрах этих ДУ в целом. Рассмотрим различия в ПГС и основных агрегатах двигателей РД- 107 и РД- 108.
В отличие от двигателя РД-107 запуск двигателя РД-108 производится с предварительной ступени непосредственно на режим главной ступени тяги. Соотношение компонентов топлива в отличие от двигателя РД-107 регулируется с помощью дросселя окислителя. За несколько секунд до выключения двигателя РД-108 переводится на конечную ступень тяги, на которой работают только рулевые КС, и при том – на пониженном
режиме.
Большая часть агрегатов двигателя РД-108 унифицирована с агрегатами двигателя Рд-107 , что позволило уменьшить затраты на разработку и доводку двигателя. Отличие определяется в основном пониженным режимом работы на главной ступени тяги.
Основные КС отличаются лишь уменьшенным расходом горючего в периферийные форсунки; ТНА – лишь наружными диаметрами крыльчаток насосов.
Агрегаты автоматики в ДУ РД-108 и РД-107 в основном одинаковые. Исключение составляют клапана горючего и окислителя, представляющие собой блоки из двух клапанов : один клапан управляет работой основных КС, другой- рулевых.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

Назначение двигателей РД-107 (РД-108).
Состав двигателя РД-107.
Схема компоновки камер двигателя на ракете.
Основные параметры двигателей.
Характеристики систем управления двигателей.
Экологические характеристики двигателей.
Работа агрегатов двигателя при запуске.
Работа агрегатов двигателя на номинальном режиме.
Работа агрегатов ПГС при отсечке.
Камера сгорания, конструкция форсуночной головки.
Конструкция охлаждения КС и сопло.
Основные параметры КС.
Турбонасосный агрегат. Состав, характеристика.
Уплотнения ТНА.
Смазка и охлаждение подшипников ТНА.
Материалы, применяемые в ТНА.
Основные параметры ТНА.
Газогенератор. Назначение устройства.
Основные характеристики газогенератора.
Редуктор точной настройки. Назначение. Принципиальная схема. Работа.
Редуктор грубой настройки. Назначение, устройство, работа.
Дроссель горючего. Назначение, устройство, работа.
Регулятор перекиси водорода. Назначение, устройство, работа.
Главный клапан кислорода. Назначение, устройство, работа, материалы.
Главный клапан горючего. Назначение, устройство, работа.
Отсечной пироклапан окислителя рулевых КС. Назначение, устройство, работа, материалы.
Перекрывной клапан перекиси водорода. Назначение, устройство, работа.
Клапан жидкого азота. Устройство, работа.
Электропневмоклапаны. Устройство, работа.
Обратные клапаны.
Рулевые агрегаты и камеры. Назначение, устройство, работа,параметры.
Узлы подвода горючего и окислителя к рулевым КС.
Отличия двигателя РД-107 и РД-108.







Заголовок 1 Заголовок 2 Заголовок 3 Заголовок 4 Заголовок 515

Приложенные файлы

  • doc 16421660
    Размер файла: 566 kB Загрузок: 2

Добавить комментарий