Ракеты...  Ракетные двигатели:

Бессопловой ракетный двигатель БРДК-3


топливо корпус зажигание сборка характеристики модификация заключение

Страничка ракетостроения. Последнее обновление:
Появление бессоплового ракетного двигателя БРДК-3 оказалось несколько спонтанным. Как-то вдруг выяснилось, что для его изготовления есть все необходимое и именно в данный момент - топливо, корпус, оснастка для прессовки заряда от мотора РДК-3 и опробованная технология на БРДК-2. Опять-таки выбрал линию на достижение максимальной экономии веса. Учтя недостаток приемистости двигателя БРДК-2, решил кардинально поработать над системой зажигания.

Схема двигателя показана на рис.1. Конструкция традиционно элементарна.

Топливо

Собственно из-за топлива и появился данный мотор. Образовалось у меня энное количество сорбитовой карамели со следами окиси железа. Применить для стандартных сопловых движков не рискнул, поэтому собрал на нем бессопловик. Проверка впоследствии скорости горения, показала 2,6 мм/с, что практически соответствует стандарту для обычной плавленой сорбитовой карамели. Двигатель рассчитан на 60 г топлива.

Корпус
Корпус аналогичен корпусу БРДК-2. Очень легкий, 6,5 г, корпус из 3-х слоев офисной бумаги, пропитанных эпоксидкой. В качестве заглушки также использовал заливку эпоксидной смолой. Суммарный вес получился ~10,5 г, что для мотора общим весом 69,7 г просто отлично. Весовое преимущество на бессопловиках становится особенно ощутимо по мере роста калибра мотора. Отношение топливо/корпус получается более 6-и. Напомню, что на сопловых моторах у меня не было более 0,8.

Корпус можно сделать и более простой. Достаточно намотать один лист офисной бумаги на силикатном клею. Что и было проделано во втором варианте двигателя.

Зажигание
Система зажигания - это изюминка движка БРДК-3. Я уже много раз говорил, что для быстрого выхода на режим надо обеспечить зажигание заряда в верхней точке канала. Бессопловик в этом плане не исключение. Однако все способы подвода воспламенения через сопло обладают очень существенным недостатком. Во время срабатывания, воспламенитель может быть вытолкнут из канала двигателя за счет собственных газов еще до того, как он передаст зажигание на заряд. В лучшем случае зажигание произойдет где-то в районе второй половины канала.

В БРДК-3 применено зажигание, не имеющее этого недостатка. В верхней части заряда устанавливается стандартный нихромовый воспламенитель. Он фиксируется кусочком катализированного топлива МИКС-1КП. Провода воспламенителя выводятся в верхнюю часть двигателя, после чего заливается эпоксидка, образующая заглушку. Для гарантии отсутствия прорывов газов через заглушку, часть контактных проводов, проходящая через заглушку, освобождается от изоляции на участке 5-7 мм.

Такой способ не очень удобен для запуска мотора с нижней части ракеты, но для верхних ступеней такой вариант даже предпочтительнее, поскольку позволяет произвести запуск от таймера, установленного в корпусе ракеты.

Сборка
Основное в сборке мотора - это прессовка заряда. Возможны и более простые варианты, но я использую отработанную на моторах РДК-2 и РДК-3 традиционную для себя схему. Она представлена на рис.2.

С одной стороны корпуса вставляется толстостенная шайба-заглушка с несквозным центрирующим отверстием Ø7,5 мм. На эту заглушку укладывается 60 г карамели. Затем через топливо вставляется слегка смазанная подсолнечным маслом шпилька Ø7,3 мм, до упора в центрирующее углубление. С внешнего торца шпилька центрируется латунным поршнем, свободно скользящим по шпильке. Эта конструкция зажимается в струбцину или настольный пресс, чтобы зафиксировать шпильку и заглушку. Далее с помощью гайки поршень поджимается к топливному заряду, запрессовывая его в корпус. При необходимости между поршнем и гайкой вставляется проставка из металлической трубки, увеличивающая ход поршня.

После застывания заряда, где-то через сутки, конструкция вынимается из пресса. Теперь, поджимая поршень той же самой гайкой, вытаскиваем каналообразующую шпильку из заряда. Получаем очень прочную и качественную отливку, что для бессопловика очень важно.

Далее устанавливается запал с помощью кусочка расплавленного состава МИКС-1КП. Данный состав обладает очень полезным свойством. Кроме того, что он очень легко воспламеняется и быстро горит, он еще и очень быстро застывает. Это позволяет нам почти сразу перейти к заливке эпоксидной заглушки. Толщина заливки 10-12 мм, больше не нужно.

После застывания эпоксидной смолы мотор готов.

Характеристики
Параметры двигателя получаются такие:
  - длина 135 мм
  - диаметр 21 мм
  - вес 69.7 г
  - длина заряда 120 мм
  - диаметр заряда 20 мм
  - длина канала 120 мм
  - диаметр канала 7,3 мм
  - вес заряда 60 г

Испытания двигателя БРДК-3 были проведены 07.11.2010 на стенде ТСК-2-5 на базе 5-ти килограммовых весов. К сожалению, это было ошибкой. Я ожидал от мотора тяги 5-6 кг в течение 2-3-х секунд. На практике двигатель моментально вышел на режим развил тягу существенно за 7 кг и отработал не более секунды. Это очень даже неплохо, но весы стенда не выдержали такого издевательства.

Снять полноценные характеристики удалось в повторном испытании 21.11.2010г модификации БРДК-3с. Тут уже были использованы 10-и килограммовые весы. Данные обсчитал в программе ALTIMMEX. Характеристики показаны на рис.3. В расчете удельного импульса Isp учтено, что в развитии тяги поучаствовало дополнительно 3 г топлива трассера. Движок получился довольно приемистый с неплохим удельным импульсом. Длину трассера придется еще подбирать, 3 секунды замедления это конечно мало.

Модификация
Для проведения повторного испытания решил не повторяться, а сделать классический вариант с трассером и вышибным зарядом системы спасения. На характеристики двигателя это конечно не влияет, но показывает большую гибкость бессопловой схемы мотора. Модификацию решил обозначить как БРДК-3с, только чтобы не было путаницы.

Схема двигателя показана на рис.4. Чтобы не утомлять повторным описание практически такого же мотора, остановлюсь только на отличиях.

Прежде всего, корпус был сделан из одного листа офисной бумаги на силикатном клею. Длину корпуса пришлось увеличить для размещения трассера длиной 25 мм.

Понятно, что развернуть систему зажигания на 180° было совсем несложно. Воспламенитель фиксировался абсолютно также, но был вставлен контактами вниз через сопло. Надо только учесть, что при заливке трассера следует зафиксировать провода воспламенителя в районе сопла какой-нибудь, типа бумажной, пробкой. Горячее топливо трассера размягчает комочек состава МИКС-1КП и, если этого не сделать, запал может вывалиться.

Заглушка делается также из эпоксидки, но по технологии, использованной на торцевике ТРДК1. Канал для воспламенения вышибного заряда формируется по схеме отработанной для двигателя РДК-3ФЭ.

Заключение
Обследование мотора после испытаний показало, что корпус остался практически целым. Система зажигания, как впрочем и сам мотор, оправдали и даже несколько превзошли мои ожидания. Прикидочные расчеты в программе ALTIMMEX для ракеты типа Экстрим с таким двигателем, дают очень заманчивые результаты - заметно сверхзвуковую скорость и высоту полета, хорошо за километр. Конечно с условием соблюдения культуры веса, на что собственно и нацелен двигатель БРДК-3. /08.11.2010 kia-soft/

P.S.
   Содержание может корректироваться по мере накопления экспериментальных данных.

***