книги из ГПНТБ / Волков Е.Б. Основы теории надежности ракетных двигателей

Дальнейшее уточнение метода определения величины Ртзп связано с усовершенствованием методов проектирования ТЗП н более полным учетом совокупности действующих нагрузок, та­ ких как вибрационные, транспортировочные, а также с учетом возможного изменения характеристик материалов при хранении.

Изложенные методы определения показателя надежности ТЗП в одинаковой мере могут быть использованы как для ТЗП корпуса, так и для покрытий других элементов двигателя: со­ плового блока, сопел отсечек тяги п т. д.

5. 2. 3. Показатель надежности твердотопливного заряда

Твердотопливный заряд РДТТ представляет собой блок топ­ лива определенной формы, размещаемый внутри корпуса дви­ гателя. Изготавливается заряд прессованием плп заливкой в корпус. Поверхность заряда, непредназначенная для горения, бронируется. Заряд либо вкладывается в корпус, будучи отдель­ но изготовленным, либо скрепляется с корпусом.

Условия успешного функционирования заряда подробно ис­ следованы в работах [7, 57], где показано, что исходными рас­ четными случаями нагружения для построения этих условий являются:

—изменение температурных условий в процессе изготовле­ ния двигателя (при полимеризации, термостатпровапип и т. д.);

—длительное хранение ракет в горизонтальном плп верти­ кальном положении;

—транспортировка ракет;

—работа двигателя на траектории.

Для каждого этапа созданы методы расчета напряженно-де­ формированного состояния заряда [7, 57]. Так, например, в ра­ боте [7] рассмотрен телескопический заряд и показано, что па этапе изготовления максимальная относительная деформация на внутренней поверхности заряда в функции перепада темпе­ ратур АТ после завершения охлаждения и достижения тепло­ вого равновесия в первом приближении определяется как

210

маций в заряде и использования условия

N,

'V , — < к

/= 1 ei\ij

если рассматривать одну /-ю точку в заряде. Следовательно, можно считать, что

(5. 60)

1‘?‘( ' » 0|= { п , ( ' - | ] ^ ) > 0}'

где /V] и jV2 — число этапов и число точек, выбранных в блоке топлива. Тогда согласно выражению (2. 83)

Для определения Pj воспользуемся оценкой снизу (2.76), со­ гласно которой

Р г

ст/

, е"0-

где г/;.5 ги/у. —средние значения

213

/г= min (//•!, /г.4.

Величины snl, а . (l = k , j ) также оцениваются по данным и/

физико-механических испытаний образцов топлива, из которых находят несмещенные оценки

215

Следует отметить, что методы прочностных расчетов [7] пред­ полагают заряд изотропным. В действительности, несмотря на контроль в производстве, возможно «просачивание» дефектов в виде раковин, разноплотностп в блоке топлива, влияние кото­ рых оценить с помощью методов теории проектирования заряда

.[7, 57] еще не удается. Поэтому полученные оценки показателя Р3 важно в последующем сопоставлять н объединять в обоб­ щенную оценку с данными натурных испытании.

5. 2. 4. Показатель надежности соплового блока

Сопловой блок РДТ'Г представляет собой элемент двигате­ ля, включающий в себя входную часть, вставку критического се­ чения сопла, переходные вставки п расширяющуюся часть (рас­ труб). В ряде случаев с целью регулирования направления тяги сопловой блок пли его часть (например, расширяющаяся часть) изготавливаются в подвижном исполнении с соответству­ ющей системой уплотнения. Конструктивно сопловой блок представляет собой многослойную составную оболочку, элемен­ ты которой — короткие толстостенные и тонкостенные оболочки различной формы. Часть из этих элементов выполнена из гра­ фита пли других термостойких материалов, часть оболочек вы­ полняет роль ТЗП. Методы проектирования сопловых блоков изложены в работе [7] и позволяют заключить, что целесообраз­ но рассматривать следующие условия успешного функциони­ рования.

1. Условие достаточной тепловой и эрозионной стойкости теп­ лозащитных элементов

ит= 1(х, у, т) > 0,

где /(•) — поверхность изотермы внутри теплозащитных элемен­ тов соплового блока (подложки, ТЗП расширяющейся части и т. д.) с температурой Т, равной температуре разложения Тр ма­ териала ТЗП;

2 . Условия достаточной прочности и устойчивости элементов соплового блока

и°= 3* ~ 3* > °: «р = !\<v - р > °>

216

где а* и а* — поле напряжений, вызываемое воздействием дав­ ления н температуры, и его допустимое значение; р и /;];р — давление на внешнюю поверхность раструба и критическое давление, при котором происходит

потеря устойчивости оболочки раструба. 3. Условие герметичности уплотнительного устройства

где рУп н рср — контактное давление на уплотняемой поверхно­ сти н давление продуктов сгорания (давление уплотняемой сре­ ды) в районе уплотнения.

4. Условия приемлемости выходных характеристик

суммарный момент на валу рулевой машины, потери удельного импульса при регулировании и их допустимые значения, огово­ ренные в документации.

Нарушение условия и3 >0 для некоторых элементов может еще не привести к выходу соплового блока из строя. Например, растрескивание входной вставки в конце работы двигателя не во всех случаях приведет к разрушению соплового блока.

ловий по герметичности уплотнительного устройства и условие по устойчивости. В числе k — ky случаев учитываемые в пересе-

ракету, вследствие разрушения соплового блока, заклинивания поворотной части, потери управления и т. д.

217

В ряде случаев условием по прочности может учитываться не поле напряжений, как это сделано выше, а поле деформа­ ций пли другой критерий физической теории прочности. Это не изменяет общего подхода, изложенного выше, и отражается лишь на исходных соотношениях, используемых в прочностных расчетах.

Методы прочностных расчетов сопловых блоков РДТТ край­ не скупо представлены в имеющейся литературе, что затрудня­ ет дальнейшую детализацию приведенного способа оценки пока­ зателя Рс. о надежности соплового блока на этапе проектирова­ ния. Вычисление же тех из вероятностей р,-, которые учитывают условия (5.64) и входят в условие (5.65), а именно:

напротив, не вызывает затруднений. Действительно, рупр, МЕ, Д/, рСр, руп являются случайными функциями времени т работы двигателя в составе ракеты, определяемыми для каждой кон­ кретной схемы соплового блока аналитическим путем. Так, для поворотного сопла используются приближенные соотношения

Здесь R^ — waG-{-Fa(pa — pli) — тяга двигателя;

О: А р Л р — секундный массовый расход про­

1 *Т0

дуктов сгорания; Ра 11 Рн — статическое давление на срезе

сопла (площадь среза Fa) и дав­ ление окружающей среды;

сгорания в сечении сопла с пло­ щадью Fa\

g, R, Т0 и рд — ускорение силы тяжести, газовая постоянная, температура п дав­ ление торможения в камере дви­ гателя;

у. и А х — показатель адиабаты и завися­ щий от нее коэффициент;

^ = C?yv- ( ^ ' 2T^

218

вующих на ракету. На этапе проектирования и наземной отра­

активном участке траектории. По формулам вида (5. 67) рассчи­ тываются реализации случайных функций руПр(т), M s (т) и Д/(т) с целью определения вероятностей qt из соотношений (5.66). Выбирая N моментов времени на отрезке [0, тр], опреде ляют вероятности Ргтого, что случайная величина /?уПр(тц) не превысит значения (руПр)д или

Р.-= Р { /W ^ X ^ y n p ^ l-

Далее находится коэффициент корреляции Q,*j для каждой парывеличин

( Рупр^л Рупр i ^ i M j = = (/^ у и р ^ д Р \ У >

219