Приложение 1

Описание конструктивного прототипа проектируемого двигателя

Двигатель РД-111 предназначен для первых ступеней дальних баллистических ракет. Разработка двигателя велась в период 1959-62 г. г.

Двигатель РД-111 четырехкамерный. Управление вектором тяги в полете ракеты осуществляется путем попарного качания камер относительно двух взаимно перпендикулярных осей, лежащих в плоскости, перпендикулярной оси двигателя. Угол качания камер составляет ± 6°30'.

Двигатель состоит из четырех камер, одного турбонасосного агрегата, газогенератора, комплекта агрегатов системы автоматики, узлов и деталей общей сборки, узлов качания и рамы.

Четыре камеры равномерно располагаются по окружности и крепятся опорными цапфами (расположенными в средней части камер) в подшипниках узлов качания, укрепленных на раме.

Подвод компонентов топлива к камерам производится по трубопроводам, имеющим гибкие элементы - гофрированные металлические шланги. Геометрические центры шлангов совпадают с осями качания соответствующих камер. Такое расположение обеспечивает минимальное изменение объема шлангов при изгибах.

Номинальная тяга двигателя у земли на режиме главной ступени с учетом силы тяги сопла, работающего на выхлопных газах турбины, составляет 143,5 Т. Удельная тяга ~ 275 сек. Вес двигателя 1492 кг.

Камера (листы 11, 12) представляет собой паяно-сварную неразъемную конструкцию и состоит из короткой цилиндрической камеры сгорания с плоской форсуночной головкой и профилированного сопла. Профиль закритической части сопла выполнен с угловым входом, по оптимальному, с точки зрения дальности полета ракеты, контуру.

В средней части камеры установлен бандаж с двумя опорными цапфами и противопожарный сферический экран.

Основные технологические узлы

В процессе производства камера разбивается на четыре узла: головку (1), среднюю часть камеры (2), включающую цилиндрическую часть, сопло и первую секцию закритической части сопла, и две секции закритической части сопла- вторую (3) и третью (4).

Форсуночная головка

На головке (лист 13) установлены 933 однокомпонентные центробежные форсунки с тангенциальными входными отверстиями, в том числе 453 форсунки окислителя (поз.7) и 480 форсунок горючего (поз. 5 и 9). Форсунки расположены в шахматном порядке с переходом на круговое расположение в периферийной зоне.

Форсунки припаяны твердым припоем к огневому днищу (8) и среднему днищу (6), образующим совместно с силовым кольцом (3) полость горючего.

Среднее днище соединяется с силовым кольцом головки при помощи сварки (см. место 1). Внутреннее днище (8) связано с силовым кольцом (3) при помощи 60 штифтов (4), установленных на периферии головки. Технологические сверления в штифтах выполнены для выхода воздуха из полости под штифтом при пайке головки. Три штифта, расположенные под углом 120°, снабжены технологическими втулками, используемыми при сборке узла.

Полость окислителя образована силовым кольцом (3), средним днищем (6) и секциями наружного сферического днища (2). Подвод окислителя осуществляется через патрубок (11) с фланцем (12).

Для придания головке необходимой жесткости и прочности среднее (6) и наружное (2) днища соединены между собой через две кольцевые перегородки (1) и четыре ребра (10). Форсунки горючего (9), расположенные под ребрами, выполнены с укороченным корпусом, за счет этого схема смесеобразования не нарушается.

Работы по обеспечению устойчивого рабочего процесса и достижению высокой полноты сгорания велись на форсуночных головках с однокомпонентными, двухкомпонентными центробежными и струйноцентробежными форсунками (в широком диапазоне изменения перепадов давления на форсунках) и на камерах, имеющих длину цилиндрической части от 430 до 130 мм.

Оказалось возможным существенно уменьшить длину цилиндрического участка камеры, что существенно снизило вес. Кроме того, лучшие результаты по устойчивости при достаточно высокой удельной тяге были получены при форсуночной головке с большим числом однокомпонентных форсунок и разбивкой на классы при расширенной разнице между расходами соседних классов.

Форсунки горючего, расположенные в ядре форсуночной головки, и все форсунки окислителя разбиты на три класса и равномерно расположены по площади головки. Разница между расходами соседних классов одноименных форсунок составляет ±10%.

Схема расположения форсунок на головке, их характеристики и геометрические параметры приведены на рис. 1-24 и 1-25.

На силовом кольце головки (см. лист 12) установлены штуцера для замера давления окислителя перед форсунками (сеч. ВВ) и биметаллический штуцер, соединенный через сверление в штифте с внутрикамерной полостью, для замера давления газа в камере сгорания при стендовых испытаниях (сеч. ГГ). Так как в ряде случаев имели место прогары форсуночной головки в районе установке штуцера, в летных условиях замер давления газа производится через биметаллический переходник с приваренной к нему биметаллической трубкой, см. сеч. СС. Массивная бронзовая втулка и корпус переходника, а также отсутствие разъема между переходником и трубкой (см. вид на листе 11) обеспечивают высокую надежность соединения. При работе двигателя в полете замер давления газа ведется только на одной из четырех камер.

К силовому кольцу головки приварены также кронштейны крепления шланга окислителя перед его сочленением с входным патрубком головки и кронштейн с площадкой под вибродатчик.