Материалы, применяемые в ТНА

Наименование	Материал деталей
	Насосы
	Окислитель	Горючее	Перекись водорода	Азот
Корпус	Алюминиевый сплав Ал.4
Крыльчатка
Вал	Сталь 38 ХА	Сталь 38 ХА	Сталь 2Х13	Сталь 38ХА
Шнек	Алюминиевый сплав АК8	–	–	–
Осевая крыльчатка	–	Сталь ОХ18Н9Л	–	–
Лабиринт	Бронза БрОС5–25	Сталь 2Х13	Сталь 2Х13	Сталь  2Х13
Кольцо уплотнения на валу	Чугун СЧ18–36	–	–	Чугун СЧ18–36
	Турбина
Диск ротора	Сталь 2Х13
Рабочие лопатки	Сталь 2Х13
Сопловой аппарат	Сталь 25
Лопатки направляющего аппарата	Алюминиевый сплав АК4
Выхлопной коллектор	Сталь 12Х2А

 

Таблица 6.

Основные параметры ТНА

Параметр	Значение
Мощность ТНА, МВт	3,827
Число оборотов турбины и основных насосов О и Г, об/мин	8300
Число оборотов вспомогательных насосов, об/мин	18100
Расходы, кг/с:
окислителя	226
горючего	91,4
перекиси водорода	8,8
жидкого азота	1,75
Минимальные давления на входе, МПа:
НОК	0,44
НГ	0,27
насос перекиси водорода	0,28
насос азота	0,35
Давление на выходе, МПа:
НОК	7,84
НГ	9,26
насос перекиси водорода	8,03
насос азота	3,82
КПД насоса «О»	0,67
КПД насоса «Г»	0,65
Эффективный КПД турбины	0,57
Температура парогаза на входе в турбину, К	833
Давление на входе в турбину, МПа	5,34
Давление на выходе из турбины, МПа	0,14
Сухая масса ТНА, кг	237
Относительная масса ТНА (масса ТНА, заполненного компонентами, отнесенная к единице тяги двигателя у Земли), кг/МН	330

Газогенератор

Газогенератор (рис.14) предназначен для выработки рабочего тела для турбины. В нем происходит каталитическое разложение 82 %-ной перекиси водорода, в результате чего образуется парогаз – смесь водяного пара и газообразного кислорода.

Рис.14.Газогенератор двигателя РД–107: 1 — труба; 2 — ребро; 3 — стакан; 4 — уплотнительная прокладка; 5 — крышка; 6 — стеклянный жгут; 7 — фланцы; 8 — болт; 9 — катализатор; 10 — корпус с теплозащитным кожухом; 11 — шнек

 

В качестве катализатора 9 используется твердый катализатор марки «Ж–30–С–О», представляющий собой смесь зерен неправильной формы размером от 6 до 10 мм. Зерна представляют собой спеченное из карбонильного порошкового железа, натриевой селитры и соды пористое окисленное железо. 50% общего количества зерен покрывается активным слоем, состоящим из водного раствора перманганата калия и соды. Эти зерна и являются соответственно катализатором.

Наличие двух пакетов катализатора позволяет увеличить поверхность контакта перекиси водорода с катализатором при небольшом диаметре ГГ и уменьшить перепад давления на катализаторе. Перекись водорода через жиклер подается в полость между пакетами. Неразложившаяся в пакетах перекись доразлагается в устанавливаемых для этой цели сетках и шнеках 11. ГГ заключен в корпусе 10 с теплоизолирующим кожухе.

Таблица 7.

Основные характеристики ГГ

Характеристика	Значение
Давление парогаза на выходе из ГГ, МПа	5,35
Расход перекиси водорода, кг/с	8,8
Удельная нагрузка, кг перекиси/кг катализ.	3,8
Время работы с обеспечением выходных параметров, с	> 140
Масса ГГ с катализатором, кг	19,5

Агрегаты автоматики двигателя

В этом разделе будут рассмотрены принципиальные схемы регуляторов, редукторов, топливных клапанов, газовых клапанов и других элементов ПГС.

Редукторы

Редуктор точной настройки

 Редуктор точной настройки 21 предназначен для управления работой регулятора расхода перекиси водорода 23 (рис. 2).

Принципиальная схема редуктора представлена ниже (рис. 15).

Рис.15. Редуктор точной настройки: 1 – электропривод; 2, 7, 10, 11, 12  – пружина; 3 – жиклёр с фильтром; 4, 13 – клапан; 5, 14 – седло; 6 – теплообменник; 8, 15 – регулирующий винт; 9 – фильтр

 

ВВД через фильтр 9 поступает в полость высокого давления редуктора. Редуцирование воздуха происходит между седлом 5 и клапаном 4, который отжат от седла разностью усилий пружин 7 и 10, а также разностью сил давлений ВВД и воздуха в полости «Б» редуктора организованно постоянное стравливание воздуха из этой полости через жиклер с фильтром 3. Величина стравливания определяется зазором между клапаном 13 и седлом 14. Зазор устанавливается, исходя из равновесия сил сжатия пружин 12 и 2 и сил давления воздуха в полостях «А» (или «В») и «Б».

Предварительная настройка редуктора осуществляется поджатием пружины 7 с помощью регулировочного винта 8.

Перенастройка редуктора в полете осуществляется изменением поджатия пружины 2 регулировочным винтом 15 с электроприводом 1, входящим в систему РКС.

В редукторе применены следующие материалы: седла выполнены из бронзы БрАжмц , клапаны и шнеки из стали Ст.2Х13, манжеты из резины 9035, корпус и другие детали из алюминиевого сплава АВ.

Редуктор грубой настройки

Редуктор грубой настройки 15 (рис.2) предназначен для поддержания рабочего давления, необходимого для работы агрегатов автоматики, в течение всего времени работы двигателя.

Принципиальная схема редуктора представлена ниже (рис.16).

Рис.16. Редуктор грубой настройки: 1 – седло; 2 – фильтр; 3 – клапан; 4, 6 – пружина; 5 – манжетное уплотнение; 7 – регулирующий винт

 

ВВД через фильтр 2 поступает в полость «А». Редуцирование осуществляется в зазоре между клапаном 3 и седлом 1. Величина зазора определяется из условия равенства нулю алгебраической сумме всех сил, действующих на клапан. Суммарная сила воздействия формируется при воздействии силы сжатия пружин 4 и 6 с одно стороны и силы давления воздуха со стороны полости «А» и «Б»).

Настройка редуктора на заданное давление на выходе осуществляется изменением поджатия пружины с помощью регулировочного винта 7.

В редукторе применены следующие материалы: седло выполнено из алюминиевого сплава Д16, регулировочный винт из стали Ст.2Х13, манжета из резины 9035 корпус из алюминиевого сплава АК8.

 

Регуляторы

Дроссель горючего

Дроссель горючего 6 (рис.2) предназначен для изменения гидравлического сопротивления магистрали горючего при первоначальной настройке двигателя на требуемое соотношение компонентов и в процессе работы ДУ в соответствии с сигналами системы СОБ. Агрегат состоит из собственного дросселя и электропривода.

Принципиальная схема дросселя горючего представлена ниже (рис.17).

Дросселирующая часть выполнена в виде двух колец с окнами, расположенных вплотную друг за другом. Часть горючего протекает по внутренней полости колец «А», имеющей постоянное сечение, а часть через окна «Б», меняющие площадь проходного сечения в зависимости от расположения подвижного кольца 1 относительно неподвижного 2. Поворот подвижного кольца 1 во время работы дросселя осуществляется с помощью червячной передачи в паре: валик 4 – подвижное кольцо. Валик 4 при этом перемещается поступательно, выступая в роли рейки в зависимости от поворота зубчатого сектора электропривода 5, также образующего с валиком червячную пару. Настройка дросселя обеспечивающая первоначальное соотношение компонентов, осуществляется при повороте валика 4 за хвостовик 6. При этом сектор 5 остается неподвижным, а валик 4 вращаясь, движется поступательно. Поворот подвижного кольца 1 происходит из–за разных величин шагов двух червяков валика.

Рис. 17. Дроссель горючего: 1 – подвижное кольцо; 2 – ролик; 3 – неподвижное кольцо; 4 – валик; 5 – зубчатый сектор электропривода; 6 – хвостовик; А – внутренняя полость колец; Б – окна

 

В дросселе применены следующие материалы: кольца выполнены из стали марки Х18Н10Т, корпус из алюминиевого сплава, валик из стали марки 12Х2НВФ.

Регулятор перекиси водорода

Регулятор 23 (рис.2) служит для поддержания заданного давления перекиси водорода (расхода) на входе в ГГ в течение всего времени работы двигателя, а также для ее слива из магистрали при испытании двигателя на стенде .

Рис. 18. Регулятор перекиси водорода: 1 – гильза; 2 – золотник; 3 – мембрана; 4 – корпус; 5 – клапан

 

Принципиальная схема регулятора представлена на рис.18.

Элементом сравнения в регуляторе является мембрана 4. В полость «А» подается управляющий воздух от редуктора точной настройки. Дросселирование перекиси водорода осуществляется в проходных щелях гильзы 2. Площадь щелей меняется при перемещении золотника 1, которое происходит до тех пор, пока силы, действующие на мембрану, – давление управляющего воздуха и давление жидкости на днище золотника – не будут уравновешены. При этом на выходе (полость «Б») устанавливается необходимое давление подачи перекиси водорода в ГГ. Для слива компонента из магистрали открывается вручную клапан 5.

В регуляторе применены следующие материалы: золотник, гильза, корпус выполнены из алюминиевого сплава Амг7, мембрана резиновая армированная.

Клапаны жидких компонентов

Главный клапан кислорода

Главный клапан кислорода 34 (рис.2) служит для подачи окислителя в основные и рулевые КС двигателя РД–107.

Принципиальная схема клапана представлена на рис.19.

Рис.19. Клапан окислителя: 1,6 – сильфон; 2 – штанга; 3 – пружина; 4,7 – клапан; 5 – разрывной болт; 8 – контакты; 9 – включатель; А – управляющая полость клапана давления воздуха

 

При подачe сжатого воздуха в управляющую полость «А» клапана давления воздуха, действующее на подвижное основание большого сильфона 1 через штангу 2 передается на клапан 4. Клапан, сжимая пружину 3, плотно прижимается тарелями к седлам корпуса. Наконечник включателя 9 размыкает контакты 8. Клапан закрыт.

При сбросе сжатого воздуха из полости «А» под действием давления компонента (давление наддува бака «О» и гидростатический напор), а также пружины 3 клапан 4 отводится от седел до упора головки разрывного болта в корпус. Наконечник включателя 9 замыкает контакты 8. Клапан окислителя открыт на предварительную ступень. В КС подается ограниченный расход окислителя.

При достижении работы окислителя на входе в клапан ~ 2,6 МПа обрывается разрывной болт 5 и клапан под действием давления окислителя и усилия пружины 3 резко открывается (до упора в корпус). Контакты включателя 8 размыкаются. Такое положение клапана соответствует его открытию на главную ступень. В клапане окислителя предусмотрена продувка его полостей газообразным азотом перед запуском.

Основные детали клапана выполнены из следующих материалов: корпус из алюминиевого сплава АЛ4, сильфон из стали Х18Н10Т, пружина 3 из стали 50ХФА.

Главный клапан горючего

Главный клапан горючего 40 (рис.2) предназначен для управления подачей керосина в основные и рулевые КС двигателя РД–107.

Принципиальная схема клапана изображена на рис.20.

С целью увеличения эффективной площади, на которую воздействует сжатый воздух, полость управляющего давления представляет собой две сообщающиеся полости «А» и «Б». Их герметизация осуществляется с помощью манжет. При подаче сжатого воздуха в управляющие полости тарель клапана 1 плотно прижимается к седлу. Клапан закрыт.

При стравливании воздуха из управляющих полостей тарель под действием давления горючего отходит от седла до упора буртика 6 в опору 2. Клапан открыт на предварительную ступень.

Рис.20 . Клапан  горючего: 1 – седло; 2 – тарель; 3 – опора; 4 – клапан; 5,6 – пружина; 7 – буртик

 

При достижении определенного давления горючего на входе в клапан тарель начинает отжиматься, преодолевая усилие пружин 5 и 6. С ростом давления тарель отжимается до упора в торец направляющей 1. Клапан открывается полностью.

Основные детали выполнены из следующих материалов: корпус – из алюминиевого сплава АЛ4, направляющая из алюминиевого сплава АВ, сильфон – из стали Х18Н10Т, пружина стали 50ХФА.