Общая сборка камер сгорания.
На общую сборку камеры сгорания поступают форсуночные головки, камеры сгорания и детали, которые не могут быть присоединены при сборке этих узлов. Все остальные детали должны быть собраны с головкой и камерой на этапе предварительной сборки. В редких случаях камера сгорания поступает на общую сборку раздельно средней и сопловой частью.
Если на общую сборку средняя и сопловая часть подаются раздельно, то общая сборка начинается с соединения этих частей, осуществляемого сваркой в приспособлениях с базой по внутренней поверхности, обеспечивающей соосность собираемых частей камеры. Иногда сборка средней и сопловой части может выполняться пайкой или болтами.
Основным этапом общей сборки камеры сгорания является сборка форсуночной головки с камерой, которая в большинстве случаев осуществляется сваркой, изредка пайкой или болтовым соединением. Камера и головка поступают на сборку с обработанными под сварку стыковочными кромками. Сварка производится в приспособлении для сварки кольцевых швов, которое обеспечивает необходимый поджим элементов в процессе сварки и точное базирование их по внутренним поверхностям с целью обеспечения соосности головки и камеры.
После сборки камеры с головкой производится присоединение опор и кронштейнов, служащих для соединения (подвески) КС с несущей рамой (фермой) РН или КА. Одновременно с опорами могут устанавливаться ряд других конструктивных элементов (кронштейны, штуцера, патрубки). Посадочные места опор после сварки обрабатываются с базой по внутренней поверхности камеры.
На внутренние поверхности огневых стенок КС с целью защиты от воздействия потока горячих газов могут наносить защитные покрытия. Нанесение их производится или при предварительной сборке камеры, или при общей сборке КС. Покрытия бывают из тугоплавких металлов или сплавов на их основе (молибден, тантал, вольфрам и другие), из тугоплавких керамических материалов, из неметаллических композиционных материалов. Защитные покрытия могут наносится металлизацией, гальваническим осаждением, осаждением из газовой фазы, плазменным напылением и другими методами в зависимости от применяемых материалов.
Собранная камера сгорания направляется на испытания, которые включают в себя: прочностные гидроиспытания с давлением на 20-40% выше штатных; пневмоиспытания на герметичность воздухом или гелиевой смесью; пролива водой с целью определения секундного расхода и величины гидравлических сопротивлений (перепада давления на входе и выходе) по каждому тракту отдельно (горючее и окислитель) и при одновременной работе обоих трактов.
После проведения испытаний внутренние полости по обоим трактам продуваются обезжиривающими смесями и горячим воздухом для очистки, обезжиривания и удаления влаги, и КС поступает на сушку в специальные сушильные воздушные или вакуумные печи. После этого все отверстия внутренней полости по обоим трактам заглушаются специальными заглушками и мембранами, производится консервация по специальной инструкции и КС поступает на сборку ДУ.
25.Изготовление и испытания ракетных двигателей твердотопливных (РДТТ).
Оба компонента ракетного топлива (горючее и окислитель) находятся в твердом состоянии внутри корпуса РДТТ. После их воспламенения раскаленный газ вырывается из сопла РДТТ, возникает реактивная сила. Существует большое разнообразие конструкций РДТТ, которые классифицируют по следующим признакам:
1) по габаритам - крупные, средние, малые,
2) по форме камер сгорания, или корпусов - цилиндрические, сферические,
3) по способу крепления снаряженного твердого топлива:
а) со свободным, вкладным топливным зарядом, когда между корпусом РДТТ и зарядом имеется зазор и крепления заряда производится с помощью диафрагм, решеток, перегородок,
б) со связанным топливным зарядом, когда корпус по внутренней поверхности связан с топливным зарядом, что достигается заливкой топлива в жидком состоянии и последующим затвердеванием топлива,
4) по месту расположения сопла в корпусе - с внешним, частично или полностью утопленным соплом,
5) по применяемым материалам для корпуса и для сопла - металлические (стальные, титановые, алюминиевые), и неметаллические (стеклопластиковые, углепластиковые, боропластиковые),
6) по конструкции корпуса - монолитные и сборные.
Для всех конструкций РДТТ можно отметить основные характерные детали и элементы, выполняющие одинаковые функции. К таким характерным деталям и узлам РДТТ относятся:
а) корпуса – оболочки двигателя,
б) днища – переднее и заднее,
в) стыковочные шпангоуты - служат для соединения с корпусом РН или КА,
г) диафрагмы (перегородки, решетки) – для крепления топлива внутри РДТТ,
д) сопла, которые могут представлять собой собранный из отдельных элементов узел, вкладыши сопел,
е) теплозащитные покрытия - наносятся на внутреннюю поверхность РДТТ, чтобы при горении топлива не было прогораний поверхности корпуса РДТТ,
ж) само топливо,
з) воспламенители – для зажигания твердого топлива.
С точки зрения материалов корпусов различают металлические и неметаллические РДТТ. Для металлических корпусов наиболее часто применяют нержавеющие и высоколегированные стали и титановые сплавы; для мелких корпусов, изготовленных заодно с соплом, применяют тугоплавкие сплавы на основе вольфрама, в некоторых случаях применяют алюминиевые сплавы (в виде сотовых конструкций). Для неметаллических корпусов РДТТ наиболее распространенным материалом являются композиционные материалы - стеклопластики, боропластики, углепластики. Для днищ и стыковочных шпангоутов используют те же сплавы, что и для оболочек, во избежание дополнительных тепловых напряжений. Применение титановых и неметаллических материалов для РДТТ обеспечивает выигрыш в массе по сравнению со стальными до 30% и более высокую устойчивость против коррозии.
Общая схема изготовления.
Для наиболее распространенной сборной конструкции РДТТ с металлическим или стеклопластиковым корпусом, когда все названные выше детали изготавливаются отдельно, общая схема изготовления состоит из следующих этапов:
1) изготовление металлического или стеклопластикового корпуса (обечайки),
2) изготовление переднего днища (в стеклопластиковых корпусах часто изготовляется методом намотки совместно с обечайкой двигателя),
3) изготовление заднего днища и соплового блока, поступающего на сборку в сборе,
4) сборка переднего днища с корпусом,
5) подготовка внутренней поверхности корпуса под теплозащитное покрытие,
6) нанесение теплозащитного покрытия,
7) нанесение подложки (основы) под топливо и ее полимеризация (затвердевание),
8) заливка топливной массы в корпус двигателя,
9) полимеризация (затвердевание) топлива,
10) установка соплового блока с задним днищем,
11) контроль и испытания двигателя,
12) консервация РДТТ (закрыть специальными крышками все отверстия РДТТ от попаданий грязи и пыли, крышки снимаются перед полетом).
Изготовление корпусов.
Металлические корпуса РДТТ.
Конструкция их состоит из обечайки, днищ, стыковочных шпангоутов и различных соединительных и монтажных деталей (кронштейны, уголки и другие). Обечайки и днища могут иметь отверстия, окна, ребра и другие местные усложнения. Наиболее часто применяются две схемы изготовления в зависимости от исходной заготовки:
В первом случае заготовкой является стандартный катаный лист, и процесс изготовления состоит из следующих этапов: разрезка листа; обработка кромок; вальцовка (гнут) в цилиндрическую форму; продольная сварка в несколько проходов; отжиг и зачистка швов; контроль швов; механическая обработка стыковочных поверхностей; приварка фланцев, изготавливаемых отдельно механической обработкой; термообработка; контроль. В результате такой схемы получается обечайка, имеющая как продольный, так и кольцевые швы, что является их недостатком.
Во втором случае в качестве заготовок применяется бесшовная труба, которая подвергается раскатке (ротационной обработке), позволяющей получить утолщения на концах обечайки для фланцев под стыковку с днищами. Вторая схема изготовления, обеспечивающая получение бесшовных обечаек корпусов, более предпочтительна.
У крупных РДТТ обечайки состоят из отдельных кольцевых секций, соединение которых производится кольцевой сваркой или механическим способом (крепежными деталями). Сварные швы контролируются неразрушающими методами. Сферические корпуса РДТТ изготавливаются сваркой из двух полусферических днищ, имеющих различные окна и усложнения формы и получаемых штамповкой или обкаткой из листовых заготовок.
Днища корпусов могут быть различной формы (сферической, эллипсоидной и другие). Формообразование их может производится штамповкой, ротационным выдавливанием, в случае крупных размеров штамповкой клиновидных (сегментных) листов с последующей сваркой и калибровкой (придание окончательной формы).
Сборка с обечайкой производится или сваркой через шпангоут, или механическим способом. После сборки обечайки с передним днищем и приварки мелких установочных и монтажных деталей корпус подвергается контролю и гидростатическим испытаниям. Давление испытаний должно превышать на 10-15% максимальное давление в двигателе. При наличии значительного количества сварных швов проводятся виброиспытания.
После контроля и испытаний корпуса поступают на операции подготовки под нанесение теплозащитных покрытий (очистка, обезжиривание, промывка). В качестве теплозащитных обычно применяются асбесто-полимерные или другие композиционные материалы, имеющие малую теплопроводность, способность склеиваться с корпусом, небольшую скорость эрозии (разрушение поверхностного слоя) при работе двигателя. Толщина теплозащитного слоя зависит от распределения температур и свойств теплозащиты и может быть в пределах от 10 до 80 мм в наиболее напряженных зонах. После подготовки стенки на нее наносится клеевое связующее для приклейки теплозащитного слоя.