Раздвижные и стационарные неохлаждаемые сопловые насадки

[SpaceR]

Само собой, это были большей частью мысли вслух, для самого себя и тех кто будет делать.
Честно говоря, по рисунку не так просто понять всю суть этой конструкции, но видно, что зазор отчасти выбирается этим уплотнением, которое там нарисовано. За счет массивности внешнего кольца и прокладки из УКМ, работающей как теплоизолятор, они похоже рассчитывают минимизировать расширение в зазоре, но это только если уплотнение сработает как надо и газы за него не попадут.
Что ж, надеюсь они это отработают на стенде ещё до пусков.

Для РБ это допустимо.

Угум.

В приведенной Вами цитате я сказал, отвечая Вовану, что выдвижение насадка до пуска двигателя допустимо для РБ. Что не так? Край сопла прогреется до пуска ЖРД?

Ок, согласен, Вашу цитату я использовал не к месту. Прошу прощения.
Просто я в это время думал уже о главной идее статьи - применение насадка на "горячем" движке первой ступени.

[Salo]

Бродил по МАКСУ 19-го.
Фотографировал подряд, что нравится и что не нравится.
Фотоотчет без редактирования выложил здесь http://fotki.yandex.ru/users/videofotostudia/album/166733/

[Salo]

http://fotki.yandex.ru/users/videofotostudia/album/166733/?&p=1

[hecata]

Сопловой насадок РД-58МФ


«Насадок РД-58МФ» на Яндекс.Фотках

Конкретно этот экземпляр проходил огневые испытания. Сделан из 2Д УУКМ на основе ПАМ нитей.


http://fotki.yandex.ru/users/hecata-maks/view/474157/

[Salo]

http://www.avanturist.org/forum/topic/101/message/1082003#msg1082003

А сопловые насадки радиационного охлаждения из УУКМ ставить не планируют?
Келдыши на МАКСе-2011 писали, что таким путём можно около 70 кг сухой массы сэкономить.

Тоже нет. Насадки из УУКМ и донный экран, это личная фишка Губертова, идущая еще из тех времен, когда уважаемый институт имел неосторожность официально написать, что заявленной величины удельной - 359 единиц, получить невозможно (был в истории ИЦК такой эпизод - в начале 2000х). Бывает, ошиблись.   Насадок, вместо "сопла нижнего" не получится потому, что:
1.Это новая конструкция камеры (нужно время и средства на отработку).
2.Часть сопла оказывается над теплозащитой (в смысле рядом с основными агрегатами двигателя). Углерод хорошо "светится" и нужно предпринимать специальные меры для защиты агрегатов от радиационного нагрева.
В общем овчинка выделки не стоит.
Донный экран (такая хитрая хрень призванная минимизировать потери от работы сопла на режиме сильного недорасширения (0,054 кг/см2 на срезе сейчас)) по оценкам ИЦК даст прибавку в 5 - 7 единиц. Но, это минимум два двигателя плюс в программу отработки, только на отработку вибропрочности (а деньги (миллионов 150) у Вас есть?)   , при отсутствии стендовой базы для экспериментальной проверки такого конструктивного решения. Был альтернативный вариант КБХА по снижению массы - замена конструкционного материала арматуры крепления, части арматуры питания и теплозащиты на композиты. Это решение  экономило 50-60 кг массы. но...требовало те же два движка на отработку вибропрочности, какие-то деньги на автономную отработку агрегатов и, объективно, существенно увеличивало стоимость изделия. А она и так не маленькая. В общем, это решение неплохо проработано, но пока отложено.

[Salo]

«Разработка технологии и оборудования для производства углеродных волокнистых материалов типа «Урал» для создания жаропрочных эрозионностойких теплозащитных изделий соплового тракта в перспективных ракетных комплексах». Шифр: ОКР «Урал-ВТ»

2. Цели и задачи ОКР.
        2.1  Цель  работы
•   разработка новой непрерывной промышленной технологии  производства жаропрочных эрозионностойких теплозащитных углеродных волокнистых материалов (УВМ) из  гидратцеллюлозных волокон типа  «Урал», технического предложения и комплекта рабочей  конструкторской документации на изготовление оборудования  высокоскоростной  промышленной линии по производству углеродных нитей, лент и тканей  общей  производительностью  до 60 тонн в год;
•   разработка эскизных проектов, рабочей  конструкторской документации с литерой «О1» и изготовление оборудования опытной линии для производства углеродных нитей и лент с повышенными на 15-30%   прочностными  характеристикам и  жаростойкостью, наработка и испытания опытных образцов УВМ, разработка технологического регламента на процесс получения УВМ.

[Вован]

Интересно, когда успели нацепить насадок? Когда собирали КГЧ с Интелсат 18 на площадке 31, его еще не было.

[mescalito]

Это как я понимаю Зенит-SLB

Странно что насадок продолжают применять. У руководителей РКК Энергии бытует мнение что изготовление такого насадка стоит дороже чем он приносит в кг на ГСО пересчитанных на деньги.

[Salo]

«Разработка технологии изготовления трехмерных цельнотканых оболочек из углеродных волокон для корпусов ракет–носителей» Шифр: ОКР «Ткань-3Д»

2.1  Цель ОКР

Целью работы является разработка промышленной технологии изготовления трехмерных цельнотканых оболочек из углеродных волокон нового поколения с улучшенными свойствами отечественного производства для насадков радиационного охлаждения и теплозащитных поверхностей корпусов ракет-носителей с целью повышения эксплуатационных характеристик.
 
  2.2 Задачи ОКР

         2.2.1 Проведение патентных исследований по способам изготовления трехмерных цельнотканых оболочек из углеродных волокон в соответствии с ГОСТ Р.15.011-96 СРПП «Патентные исследования. Содержание и порядок проведения».
2.2.2 Разработка технологии изготовления трехмерных цельнотканых оболочек (каркасов) из существующих нитей УКН отечественного производства. Изготовление образцов материалов для ТЗП и НРО. Проведение испытаний. Выпуск технологических инструкций. Разработка исходных данных на углеродные высокопрочные нити нового поколения с улучшенными физико-механическими и текстильными свойствами.
2.2.3 Разработка технологии изготовления углеродных нитей нового поколения с улучшенными физико-механическими и текстильными свойствами. Изготовление образцов углеродных нитей. Проведение испытаний. Выпуск технологических инструкций.
2.2.4 Разработка технологического процесса изготовления углеродных нитей нового поколения с улучшенными физико-механическими и текстильными свойствами. Разработка рекомендаций по аппретированию и шлихтованию нитей. Изготовление опытной партии. Проведение испытаний. Разработка ТУ на нити нового поколения.
2.2.5. Разработка технологического процесса изготовления трехмерных цельнотканых оболочек (каркасов) на основе углеродных нитей нового поколения. Изготовление опытных об-разцов.
          2.2.6 Разработка РКД. Разработка технологических процессов изготовления углепластиковых материалов для ТЗП и УУКМ для НРО на основе трехмерных цельнотканых оболочек (каркасов). Изготовление опытных образцов. Проведение испытаний. Присвоение РКД литеры «О».
          2.2.7 Проведение приемочных испытаний. Корректировка РКД по результатам испытаний. Присвоение литеры «О1».

   3  Требования к выполнению работ

3.1   Состав НТП

- технологический процесс изготовления углеродных нитей нового поколения;
- технологический процесс изготовления трехмерных цельнотканых оболочек (каркасов) на основе углеродных волокон нового поколения;
- технологические процессы изготовления углепластиковых материалов для ТЗП и УУКМ для НРО на основе трехмерных цельнотканых оболочек (каркасов);
-  опытная партия углеродных нитей нового поколения;
- опытные образцы ТЗП и НРО на основе трехмерных цельнотканых оболочек (каркасов);
-  РКД с литерой «О1».

3.2. Требования назначения

3.2.1.  Углеродные нити нового поколения должны обладать следующими свойствами:
 
- линейная плотность, текс   200-1200
- число филаментов     3000-12000
- номинальная плотность нити, текс     195-580
- удельная разрывная нагрузка при разрыве петлёй, сН/текс     
 не менее  20,0
- удлинение при разрыве, в    не менее  0,8
- массовая доля аппрета, в      2,0-5,0
- количество кручений     50-60

- прочностные характеристики филамента нити, ГПа:  
Ср  не менее  4,0
Ер  180-250

- массовая доля углерода, в %     97,0-98,0
- диаметр филаментов, мкм     5,5-6,0
- температура обработки волокна, оС     не менее 1800
- удельная разрывная нагрузка нити, сН/текс    не менее  65,0
- плотность, г/см3     1,72-1,75
- поверхностная обработка волокна      ЭХО

   3.2.2  Композиционные материалы для изготовления деталей корпусов ракет-носителей должны иметь следующие характеристики:

  - углерод-углеродные (УУКМ) материал-детали (оболочки) для НРО:
            открытая пористость, %   ............................  не более  12;
            плотность объемная, г/см3  ..........................  не менее  1,55;
            предел прочности при  растяжении
            в направлении образующей, МПа  .................  не менее  120;
            предел прочности при  сжатии  
            в кольцевом направлении, МПа  ...................  не менее  170;
            среднетемпературный коэффициент
            линейного термического расширения
            вдоль образующей, в диапазоне
            температур (20 – 2000)

[Salo]

http://www.mai.ru/science/trudy/articles/num1/article3/auther.htm

Регулирование высотности сопла с большой степенью расширения

УДК 629.7.036.54

В.В. Семенов

Предложен способ существенного повышения эффективности работы высотного сопла в земных условиях путем регулирования его высотности за счет устройства кольцевой щели на сверхзвуковой части. Приводятся результаты испытаний щелевого сопла на дифференциальной установке на режимах перерасширения. Показано, что результаты огневых испытаний щелевого сопла хорошо совпадают с экспериментальными данными, полученными при холодных его продувках сжатым воздухом. Определены оптимальные размеры кольцевой щели и ее местоположение на сверхзвуковой части круглого сопла. Установлено, что при организации нескольких кольцевых щелей в сверхзвуковой части высотного сопла диапазон изменения внешнего давления, при котором сохраняется положительный эффект, значительно расширяется.

Текст статьи
http://www.mai.ru/science/trudy/articles/num1/article3/page1.htm

[SpaceR]

Это как я понимаю Зенит-SLB

Странно что насадок продолжают применять. У руководителей РКК Энергии бытует мнение что изготовление такого насадка стоит дороже чем он приносит в кг на ГСО пересчитанных на деньги.

Ну так и Москва не сразу строилась.
Сперва он, вероятно, стоил не настолько дорого. А потом ситуация поменялась и возникло мнение, а ещё позже оно уже начало воплощаться в действия...
(Имхо, конечно... )

[Salo]

http://kerc.msk.ru/новости

В соответствии с планом, утвержденным Федеральным космическим агентством, 18 июля 2012 года состоялось очередное заседание секции НТС ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша» по обсуждению вопроса: «Методология отработки сопел больших степеней расширения. Состояние и проблемы».
 В заседании секции НТС приняли участие специалисты организаций Федерального космического агентства: ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша», ОАО КБХА, ОАО РКК «Энергия» им. С.П. Королева, ФКП НИЦ РКП, ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева», а также представители ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова».
 Особое внимание было уделено проблеме отработки сопел больших степеней расширения из углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ) для перспективных средств выведения.

[Salo]

http://www.rt-chemcomposite.ru/novosti/1569/

«РТ-Химкомпозит» разработал уникальные композиты для ракетного двигателя

06.05.2013

Холдинговая компания «РТ-Химкомпозит» разработала композиционные материалы для сопла ракетного двигателя.

Специалисты предприятия «ГНИИХТЭОС», входящего в холдинг «РТ-Химкомпозит», разработали композитные материалы для сопловых насадок ракетного двигателя, которые планируется запустить в серийное производство.

«В связи с успешно проведенными испытаниями композиционных сопловых насадок, возможно, в ближайшем будущем, все ракеты «Ангара» будут оснащены продукцией нашего холдинга», - отметил генеральный директор холдинга «РТ-Химкомпозит» Сергей Сокол.

В настоящее время сопловые насадки изготавливаются из охлаждающейся высоколегированной стали. Уникальность разработки холдинга в том, что композитные насадки не охлаждаются, легче стальных аналогов и выдерживают температуру ракетных газов.

Отметим, что холдинг «РТ-Химкомпозит» уже более 15 лет участвует в проектах создания ракет-носителей «Ангара».

[Veganin]

Salo пишет:
«В связи с успешно проведенными испытаниями композиционных сопловых насадок, возможно, в ближайшем будущем, все ракеты «Ангара» будут оснащены продукцией нашего холдинга», - отметил генеральный директор холдинга «РТ-Химкомпозит» Сергей Сокол.

В настоящее время сопловые насадки изготавливаются из охлаждающейся высоколегированной стали. Уникальность разработки холдинга в том, что композитные насадки не охлаждаются, легче стальных аналогов и выдерживают температуру ракетных газов.

А как же РН "Союз", "Протон", "Зенит"?

[Salo]

Композитные НРО для ЖРД у нас пока использовали только на РБ.

[Veganin]

Спасибо. Выше Вы уже приводили кучу фоток. Извиняюсь за невнимательность  

[Salo]

anik пишет:
http://ihst.ru/files/pdfs/Korolevskie-chteniya-2015-Materialy.pdf

ФОРСИРОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ 14Д21 РАКЕТЫ «СОЮЗ-2»
В.В. Семенов (МАИ) Semenov@mai.ru
В.К. Чванов (НПО Энергомаш) energo@online.ru
И.Э. Иванов (МГУ) ivanovmai@gmail.com
В.В. Фёдоров (НПО Энергомаш) energo@online.ru
Работа посвящена актуальной проблеме увеличения массы полезного груза, доставляемого на околоземную орбиту ракетой - носителем «Союз-2». Этого можно добиться посредством форсирования по давлению четырёхкамерного двигателя 14Д21 центрального блока ракеты «Союз-2».
Двигатель 14Д21 с тягой в пустоте Pп = 87 тс, работающий при давлении в камерах сгорания рк = 55,5 кг/см2, установлен на 2-ой ступени ракеты, при этом начинает работать "с земли" – одновременно с двигателями 1-ой ступе-ни. Таким образом, он как двигатель 1-ой ступени работает с перерасширением потока газа в соплах (с потерями тяги), а как двигатель 2-ой ступени – с недорасширением потока, т.е. с "недобором" тяги.
В работе предлагается повысить давление в камерах сгорания двигателя 14Д21 на 10 %, т.е. давление поднять до 60 атм. (до допустимого по конструкции), при этом для снижения потерь тяги из-за недорасширения газа при работе двигателя на высоте сопла камер снабдить общим круглым насадком.
При установке общего насадка к реактивным соплам двигателя на стыке сопло – насадок образуется естественный излом контуров, что приводит при работе двигателя в плотных слоях атмосферы к принудительному, раннему отрыву потока газа от срезов сопел. Благодаря отрыву в соплах уменьшается перерасширение потока (насадок как бы отсутствует), и они работают близко к расчётному режиму. При работе двигателя в верхних слоях атмосферы (снижении внешнего давления) скачок уплотнения со срезов сопел перехо-дит на кромку насадка (насадок начинает функционировать) и сопло становится высотным.
В работе приводятся результаты расчетов тяговых характеристик двигателя 14Д21, снабженного общим насадком, по всей высоте траектории поле-та ракеты. Прирост тяги на земле за счет форсирования составил ΔР ≈12 %, а на высоте только за счет общего круглого насадка – ΔР ≈ 2 % (в сумме ΣР ≈ 14%).

[Uriy]

Salo пишет:

anik пишет:
 http://ihst.ru/files/pdfs/Korolevskie-chteniya-2015-Materialy.pdf

ФОРСИРОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ 14Д21 РАКЕТЫ «СОЮЗ-2»
В.В. Семенов (МАИ) Semenov@mai.ru
В.К. Чванов (НПО Энергомаш) energo@online.ru
И.Э. Иванов (МГУ) ivanovmai@gmail.com
В.В. Фёдоров (НПО Энергомаш) energo@online.ru
Работа посвящена актуальной проблеме увеличения массы полезного груза, доставляемого на околоземную орбиту ракетой - носителем «Союз-2». Этого можно добиться посредством форсирования по давлению четырёхкамерного двигателя 14Д21 центрального блока ракеты «Союз-2».
Двигатель 14Д21 с тягой в пустоте Pп = 87 тс, работающий при давлении в камерах сгорания рк = 55,5 кг/см2, установлен на 2-ой ступени ракеты, при этом начинает работать "с земли" – одновременно с двигателями 1-ой ступе-ни. Таким образом, он как двигатель 1-ой ступени работает с перерасширением потока газа в соплах (с потерями тяги), а как двигатель 2-ой ступени – с недорасширением потока, т.е. с "недобором" тяги.
В работе предлагается повысить давление в камерах сгорания двигателя 14Д21 на 10 %, т.е. давление поднять до 60 атм. (до допустимого по конструкции), при этом для снижения потерь тяги из-за недорасширения газа при работе двигателя на высоте сопла камер снабдить общим круглым насадком.
При установке общего насадка к реактивным соплам двигателя на стыке сопло – насадок образуется естественный излом контуров, что приводит при работе двигателя в плотных слоях атмосферы к принудительному, раннему отрыву потока газа от срезов сопел. Благодаря отрыву в соплах уменьшается перерасширение потока (насадок как бы отсутствует), и они работают близко к расчётному режиму. При работе двигателя в верхних слоях атмосферы (снижении внешнего давления) скачок уплотнения со срезов сопел перехо-дит на кромку насадка (насадок начинает функционировать) и сопло становится высотным.
В работе приводятся результаты расчетов тяговых характеристик двигателя 14Д21, снабженного общим насадком, по всей высоте траектории поле-та ракеты. Прирост тяги на земле за счет форсирования составил ΔР ≈12 %, а на высоте только за счет общего круглого насадка – ΔР ≈ 2 % (в сумме ΣР ≈ 14%).

     Что-то в этом духе. Нарисовал под впечатлением.

[Salo]

Исходный патент:

Гость 22 пишет:
 http://www.lpre.de/resources/patents/RU2140005.pdf

[Salo]

TDMS пишет:

Александр Хороших пишет:
11Д57М - раздвижение соплового насадка на струе. Вполне получилось. Только увы не летало.

В одном из номеров НК описывалась система раздвижения такого насадка. Основная идея заключалась в том, что внутри насадка устанавливали цилиндрическую проставку. Трение о неё газа порождало силу, которая и вытягивала насадок.

Дмитрий В. пишет:
Давно получилось, уж 40 лет как: http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/messages/forum13/topic8944/message519448/#message519448

Спасибо!

Александр Хороших пишет:
Для РД-0120 в своё время рассматривали вставку в основное сопло высокого расширения неохлаждаемого насадка малого расширения.

А какой был принцип извлечения насадка? Выгорание или что-то типа того что я нарисовал? (Идея в том, что насадки меньшего диаметра впресовываются в основное сопло. Но между насадком и соплом используется сплав, который быстро расплавляется при отключении охлаждения (тут только надо будет стравить остатки компонента топлива, которым производилось охлаждение). Для гражданского применения не очень - на оленеводов и грибников вставки падать будут, но для брутальных ракет, может и пригодится идея.