Техника - молодёжи 2004-02, страница 4

и н ж

н и

В период «холодной войны» развитие стратегических сил определялось и наращиванием дальности твердотопливных ракет, в том числе межконтинентальных, баллистических, и стремлением сократить время их полета к цели. Важно было нанести противнику первый удар, причинив ему невосполнимые потери, а для этого твердотопливные ракеты имели неоспоримое преимущество перед жидкостными: постоянная готовность к немедленному применению.

Наилучшей была бы ракета, которая при минимальной стартовой массе доставляла заданную полезную нагрузку с намеченной скоростью. При проектировании масса полезной нагрузки и систем управления диктуется тактико-техническими требованиями. Что же касается относительной стартовой массы, то она будет тем меньше, чем выше энергетические характеристики силовой установки и чем меньше масса конструкции двигателя, приходящаяся на единицу массы топлива, то есть меньше последнего нужно затратить на сообщение этой пассивной массе заданной скорости.

В те годы отечественным науке и промышленности неустанно ставили задачу создавать все более высококалорийные (температура продуктов сгорания порядка 3100 К) твердые топлива, чем достигали увеличения удельного импульса (2300 м/с). Возможности увеличения температуры продуктов сгорания открывали весьма заманчивые перспективы роста последней характеристики.

Уже в 60-е гг. XX в. разработали рецептуры твердых топлив с температурой продуктов сгорания 3500— 3600 К. Тогда в критическом сечении сопла — наиболее узком и теплона-пряженном месте двигателя — применяли композиции графитов, молибден, вольфрам и использовали тонкое жаростойкое напыление. Но они при работе двигателя очень быстро прогревались на всю глубину и находились на пределе работоспособ-

ПРЕОДОЛЕВАЯ

Татьяна АЛ ЕКСАНДЕР, кандидат технических наук, старший научный сотрудник МГТУ им. Н.Э. Баумана

ПРЕДЕЛЫ

ности уже при достижении ЗОишС, что центом, кандидатом технических наук)

1 уже при достижении вызывало высокотеплонапряженное состояние, деформации сопла и трещины в нем. Кстати, наиболее жаростойкий из материалов — вольфрам — с температурой плавления 3600 К одновременно отличался большой теплопроводностью, значит, прогревался на значительную глубину и требовалась достаточная толщина сопла в критическом сечении.

В те годы промышленность не располагала материалами, способными обеспечивать длительную нормальную работу сопел ракетных двигателей при увеличении удельного импульса, ктомуже без уноса массы с их поверхности. Пришлось искать заме-нутому, чем располагали производственники. При этом для твердотопливных двигателей предпочтительны только конструктивно простые, а значит, неохлаждаем ые, и действующие длительное время сопла.

Провели немало исследований жаростойких материалов, однако неизбежно наблюдали неравномерные уносы массы, сопла несимметрично изменялись в критическом сечении, их поверхность не была гладкой, что приводило к потерям от трения, эксцентриситету и разбросу тяги. Причиной оказалась неоднородность структуры сопел и высокая теплопроводность примененных в них жаростойких материалов.

Над решением этих проблем трудились сотрудники многих учреждений и предприятий, в том числе МВТУ (ныне государственный технический университет) имени Н.Э. Баумана. Группа его преподавателей и инженеров (В.И. Демидов, Е.А. Чудецкая и автор этих строк), во главе с профессором, д.т.н. (в то время до

центом, кандидатом A.M. Виницким, занялась поиском и изучением подходящих материалов для ракетных силовых установок на твердом топливе, испытаниями их на стендах и двигателях и, после получения положительных результатов, внедрением их в промышленность.

В частности, мы теоретически рассматривали возможности тугоплавких окислов, нитридов, боридов, карбидов; вместе с другими институтами, включая академические, отрабатывали методы их испытаний. Кроме того, изучали свойства горных пород, сортов древесины, литьевых пластмасс, пластмасс со спутанным волокном, меняли схемы армирования, связующие, режимы прессования, вводили разные добавки, исследовали варианты теплозащиты и материалы для завесного и других способов охлаждения критического сечения сопла. Однако почти все способы охлаждения усложняли конструкцию твердотопливного двигателя, увеличивали его пассивную массу — то есть лишали присущих ему преимуществ перед жидкостными.

По результатам испытаний мы пришли к выводу, что наиболее подходящими для сопел станут материалы, обладающие низкой теплопроводностью (прогревающиеся на небольшую глубину), способные на химические реакции разложения. При работе двигателя на них в критическом сечении происходит нормированный или рав-

1, 2. Сопла из стеклопластика

после испытания в разрезе: 1 — кокс; 2 — незатронутый химическими реакциями материал

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 2 2 0 0 4

2