Ракеты...  Ракетные двигатели:

Полусопловой ракетный двигатель РДК-Х3-300


топливо корпус сопло зажигание сборка характеристики заключение

Страничка ракетостроения. Последнее обновление:

Первая проба бессопловика БРДК-3-300 калибра 30 мм поставила много вопросов. Но возвращаться к бессопловой схеме мне не хотелось, поэтому перенес решение этих вопросов на полусопловой вариант такого же калибра. Естественно все положительные наработки и часть оснастки тоже были использованы. Полусопловой РДТТ РДК-Х3-300 трудно назвать экспериментальным мотором. Работа над ошибками предыдущей схемы дала положительный результат, новый мотор сразу отработал без проблем и вполне годится к летному применению. Его можно считать увеличенным аналогом РДК-Х3, однако, в технологии изготовления заметные отличия, связанные с приличными габаритами мотора и взятым курсом на допустимые упрощения. Собственно задача стояла, используя положительный опыт полусоплового мотора РДК-Х3, создать его увеличенный аналог, не требующий сложных технологических операций. Первое впечатление, что это удалось.

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

ТОПЛИВО

Топливо стандартное - плавленая сорбитовая карамель. Двигатель рассчитан на 290-300 г топлива вместе с трассером.
КОРПУС
Корпус намотан из 2-х листов рисовальной бумаги формата А3 на силикатном клею. Она немного тоньше ватмана и удобнее в работе, но ватман тоже годится. От эпоксидки решил уйти по двум причинам. Во-первых, технология сложнее. Во-вторых, что стало решающим фактором, адгезия пропитанного смолой корпуса с карамелью оставляет желать лучшего.

Оправка та же что и для бессопловика - пластиковый прижимной барабан от старого принтера Ø30 мм. Длина корпуса получается по ширине листа - 293 мм. Вес корпуса получается ~50 г.

СОПЛО

Сопло или "полусопло" традиционное для этого типа двигателей. Является как бы продолжением шашки. Состав - эпоксидка с 20% мелкодисперсного наполнителя типа алюминиевая пудра или гипс. Расширение отсутствует. Диаметр критики равен диаметру канала - 10 мм. Длина сопла равна внутреннему диаметру корпуса, т.е. 1 калибр. Вес сопла 22-25 г.

ЗАЖИГАНИЕ
Хотел бы обратить внимание заинтересованного читателя на систему зажигания мотора РДК-Х3-300. На первый взгляд ничего особенного - стандартный нихромовый воспламенитель со спичечной обмазкой, вставленный через сопло в канал мотора. Но, в том-то и дело, что обычный, а не из серии высокотемпературных ВЗК. И обмазки взято по-минимуму. Тут я решил проверить предположение, что для резкого выхода мотора на режим совсем не нужны мощные воспламенители. Главное обеспечить зажигание в верхней точке канала. Применение больших и горячих запалов, на самом деле, может выйти боком. Во-первых, запал может просто выбить из канала под действием собственных газов и зажигание не произойдет там, где надо, а, значит, требуются специальные меры крепления. Во-вторых, неправильно подобранная мощность запала может привести и к более печальным последствиям - локальный перегрев шашки чреват взрывом.

Небольшой не слишком горячий запал, закрепленный в канале только за счет трения провода, не будет вышиблен из-за малого количества собственных газов и гарантированно воспламенит топливо в нужной точке. А далее горячие продукты сгорания самого топлива сами достаточно быстро приведут к воспламенению по всей поверхности заряда. Собственно, это предположение полностью подтвердилось в проведенном испытании.

Я ни в коем случае не призываю отказываться от высокотемпературных запалов, для некоторых топлив без них просто не обойтись. Но, в любом случае, надо четко понимать, что нужно от двигателя и разделять два понятия - "быстрый" выход на режим и "резкий" выход на режим.

Быстрый выход на режим - это выход мотора на рабочую тягу за минимальное время от момента подачи команды. Это бывает нужно в достаточно специфических случаях. Например, при заводке сразу нескольких моторов одновременно, или при зажигании двигателя второй ступени и т.п.

Резкий выход на режим не предполагает специальных ограничений на промежуток времени между командой и выходом мотора на расчетную тягу. Конечно, он должен быть достаточно разумным, хотя бы в пределах 1-2 секунд. Главное, чтобы время выхода мотора от нулевой тяги до расчетной было минимальным, что обеспечивает бодрый старт ракеты и отсутствие проблем с устойчивостью на взлете. Понятно, что для одноступенчатой ракеты с одним мотором резкого выхода на режим вполне достаточно.

СБОРКА

Для формовки заряда используется оборудование, сделанное под бессопловик БРДК-3-300. Предлагаемая схема формирования заряда представлена на рис.2.

Для начала затыкаем корпус со стороны сопла короткой деревянной пробкой на глубину будущего эпоксидного сопла. Пробку необходимо обернуть тонкой пленкой от бутербродных пакетов. На пробку поверх пленки кладется картонная шайба с отверстием под канал, плотно входящая в корпус мотора.

Дальше начинаем зарядку. Сначала взвешиваем конструкцию без топлива. Затем начинаем закладку топлива. Корпус достаточно широкий, чтобы без проблем укладывать чайной ложкой небольшие порции топлива.

После каждой порции надо проделать утряску с помощью металлического стержня, постукивая по корпусу. Процесс укладки контролируется визуально, с помощью налобного светодиодного фонаря. Периодически взвешиваем мотор, определяя вес заряда. Все эти несложные ухищрения позволяют достаточно быстро и качественно зарядить мотор. Заряжаем 250-260г карамели.

Пока топливо не застыло надо сформировать канал. На металлический стержень, диаметром 7 мм, в качестве которого можно взять стандартную шпильку длинной 400 мм, наматывается плотная рисовальная бумага до диаметра 10 мм. Это важный момент, бумажная трубка должна иметь собственную жёсткость. Намотка делается плотно, но так, чтобы шпилька легко вынималась из намотки. Поверх бумаги накладываем пару витков скотча. С торцевой части скотч должен выступать за пределы стержня. Эту выступающую часть закручиваем и слегка оплавляем зажигалкой, организуя, таким образом, защиту от прилипания топлива. С другой сторроны намотка должна не доходить до резьбы миллиметров 10. В этом месте плотно наматываем несколько витков изоленты, которая не позволит сползти намотке при вставлении шпильки в топливо.

Стержень с намоткой должен легко, но без болтанки проходить через центральное отверстие направляющих пробок. Верхняя направляющая пробка та же, что в БРДК-3-300. После закладки топлива, она вставляется с верхнего торца корпуса, но сначала прямо на топливо кладем еще одну картонную шайбу. Итак, пока топливо жидкое, вставляем направляющую и в её отверстие проталкиваем слегка смазанный маслом стержень вплоть до выхода его с другой стороны на 20-25 мм. Освобождаем выступающую часть от намотки, и накидываем шайбу с гайкой или барашком.

С обратной стороны также накидываем шайбу с гайкой и поджимаем. Жмем без фанатизма, но плотно. Следим, чтобы нижняя пробка не смещалась относительно корпуса. Оставляем застывать. Через пару часов можно проверить затяжку и поджать по необходимости.

После застывания карамели вынимаем направляющие пробки. Вытаскивать стержень не спешим. Сначала сделаем сопло. Делаем бортик из скотча, выступающий на 10 мм над краем корпуса, и в образовавшуюся ванночку заливаем смесь эпоксидки и 20% порошка алюминия или гипса выше края корпуса на 5-6 мм. По застывании смолы образуется стандартное уже отработанное на моторе РДК-Х3 "полусопло".

Вот теперь можно заняться извлечением стержня. Впрочем, заниматься по факту оказывается практически нечем. Шпилька извлекается легко, без усилий. А оставшуюся в канале намотку вытаскиваем способом, предложенным ракетчиком Serge77. Двумя длинными спицами цепляем край бумаги и наматываем её на спицы. Рулон отслаивается от карамели и элементарно вынимается. Провернуть спицы руками не очень удобно, надо помочь себе плоскогубцами. Больших усилий тут тоже не нужно. Канал и сопло сформированы.

Далее затыкаем любым способом канал, например, стержнем диаметром 10мм, и закладываем трассер нужной нам длины. Поверх трассера, опять-таки, кладем картонную шайбу, только без канального отверстия.

После застывания трассера, нам остаётся только сделать заглушку. Так же делаем ванночку из пленки с другой стороны корпуса, и заливаем эпоксидку, опять-таки, выше края корпуса на 5-6 мм.

После застывания эпоксидки убраем пленку и вставляем запал до упора в верхнюю точку канала. Чтобы запал не вываливался, провод изгибаем змейкой, чтобы он держался в канале за счет трения.

Мотор готов.

ХАРАКТЕРИСТИКИ
Параметры двигателя получаются такие:
  - длина 305 мм
  - диаметр 34.5 мм
  - калибр 30 мм
  - вес 395 г
  - длина заряда 250 мм
  - диаметр заряда 30 мм
  - длина канала 210 мм
  - диаметр канала 10 мм
  - вес заряда полный 280 г
  - вес заряда в тяге 255 г

Испытания двигателя РДК-Х3-300 были проведены 23.10.2011 на стенде ТСК-3 Двигатель отработал отлично. Время выхода на режим не превысило 0,03 с.

Снятые характеристики сформировались в интересный профиль тяги на подобии двухрежимника, рис.3. Физика явления не очень понятна, но это ничуть не умоляет результата - хорошей тяги до 23 кг, и вполне достойного удельного импульса 92 с. Расчет, как обычно, проведен в программе ALTIMMEX, которая дала весьма перспективные прогнозы по полету ракеты типа Циклон с таким мотором.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Ревизия мотора после испытания не выявила никаких дефектов. Разгар сопла исключительно равномерный до диаметра 14,5 мм.

В результате удалось отработать простую и беспроблемную технологию достаточно крупного мотора. Никаких сложных материалов и тех. процессов, разве что необходимо достаточно точно выполнить направляющую для каналообразующего стержня. Сам мотор РДК-Х3-300 получился очень легким и тяговитым, хотя, возможно, из него можно выжать больше за счет увеличения удлинения шашки.

В качестве дополнения, удалось проверить определяющую роль положения точки воспламенения для резкого выхода мотора на режим.

Хочу обратить внимание, что от свободного формирования канала только за счет верхней направляющей пришлось отказаться, поскольку точность направления канала оказалась не достаточной, а в полусопловом моторе она очень важна. Две направляющие пробки гарантируют строгую соосность канала, кроме того, поджатие заряда тоже играет положительную роль для надежности мотора. Еще один нюанс - стал применять картонные прокладки в качестве адгезионного слоя между карамелью и эпоксидкой в конструкции сопла и заглушки. Эта, казалось бы, мелкая деталь значительно повысила надежность мотора. /24.10.2011 kia-soft/

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

***