11.4. ТВЕРДОТОПЛИВНЫЕ УСКОРИТЕЛИ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ «АРИАН»

Для повышения мощности западноевропейской космической ракеты «Ариан» было решено увеличить давление в его маршевых ЖРД и добавить 2 ТТУ. Такая конфигурация, известная

(кликните для просмотра скана)

под названием РН «Ариан 3», может выводить на геосинхронную переходную орбиту 2580 кг полезной нагрузки по сравнению с 1825 кг для РН «Ариан-1» (в РН «Ариан-2» ТТУ отсутствуют). Проект ТТУ РАР для РН «Ариан-3» является интересным примером проекта современного РДТТ промежуточного класса.

Задача, поставленная перед разработчиками, состояла в создании РДТТ с полным импульсом вдоль оси сопла в течение 26-31,5 с. Техническими условиями предусматривались также максимальная допустимая тяга (1,05 МН) и диаграмма тяги, показанные на рис. 142. Выполнение этой задачи было поручено итальянской фирме .

11.4.1. ПРОЕКТ

Согласно техническому заданию, требовалось спроектировать двигатель и выбрать соответствующие материалы, способные выдерживать механические деформации, вызываемые внутренним давлением, перегрузками, тепловыми потоками из камеры и динамическими эффектами, создаваемыми потоком продуктов сгорания. Задавались следующие выходные параметры двигателя: полный импульс вдоль оси сопла диаграмма тяги, как показано на рис. 142; диаметр приблизительно 1 м; длина 7,52 м; угол отклонения сопла ; масса топлива около 7350 кг; масса корпуса около 1030 кг. Полная масса, включающая вспомогательные устройства (юбки, систему отделения и пиротехнические устройства), не должна превышать 9000 кг, а время работы двигателя должно составлять от 26 до 31,5 с. Двигатель (рис. 143) имеет цилиндрический стальной корпус с эллиптической диафрагмой в кормовой части, через которую заливается заряд ТРТ. Утопленное фенолуглеродное сопло установлено под большим углом относительно оси двигателя, таким, что вектор тяги при выгорании проходит через центр масс ракеты-носителя. Термоизоляция двигателя имеет переменную толщину и химически связана с металлическим корпусом РДТТ.

Корпус ТТУ было решено изготавливать из стали, поскольку использование композиционного материала давало бы лишь малый выигрыш в массе кроме того, у фирмы-изготовителя не было уверенности, что при разработке последнего варианта она уложится в сроки, отведенные заказчиком. Для этих целей выбрана сталь марки широко применявшаяся ранее в малых РДТТ. При изготовлении корпуса использовалась электронно-лучевая сварка.

Выбранное смесевое топливо содержит 71% с удельным импульсом —210 с, скоростью

Рис. 143. Схема конструкции ТТУ РАР [121]. 1 — передний стыковочный шпангоут; 2 — корпус; 3 — воспламенитель; 4 — топливо; 5 — термоизоляция; 6 — кормовое крепление; 7 — заглушка; 8 — сопло.

горения при показателем степени в законе скорости горения и плотностью Внутренний канал заряда имеет форму -лучевой звезды (рис. 144), что обеспечивает почти постоянную тягу (рис. 145). Операции подготовки и заливки занимают 1 сутки, после чего заряд отверждается в течение 15 суток.

Сопло выполнено из фенол-углеродного пластика с внешней стальной оболочкой и снабжено термоизоляцией из армированного асбеста в области горловины. Алюминиевая полусферическая заглушка толщиной приклеенная к

(кликните для просмотра скана)

Рис. 146. Пирогенный воспламенитель ТТУ PAP [121]. 1 - пирозапал; 2 — вспомогательный заряд; 3 - основной заряд.

внутренней стенке сопла в районе горловины, изолирует внутреннюю часть двигателя от внешней среды. Воспламенитель пирогенного типа (рис. 146) запускается двумя последовательно срабатывающими пирозапалами и выбрасывает продукты сгорания в канал заряда РДТТ через 7 малых сопел. Термоизоляция выполнена из каучука с асбестовым наполнителем и перед заливкой заряда покрывается адгезионным слоем из материала на основе ПБККГ для обеспечения прочной химической связи с топливом.

11.4.2. ИСПЫТАНИЯ

Во время выполнения программы опытно-конструкторских работ был проведен ряд доводочных и приемо-сдаточных испытаний различных узлов ТТУ и всей сборки. Три испытания корпуса показали, что он может выдерживать давление до 9,1 МПа и разрушается при давлении 11,9 МПа, когда развивается тяга 1,1 МН. Таким образом, запас прочности корпуса равен 1,73. Другим испытывавшимся узлом было воспламенительное устройство, для отработки которого проведено 4 доводочных огневых испытания и 4 испытания на соответствие техническим условиям.

Вся сборка также прошла 4 доводочных и 4 приемо-сдаточных испытания, во время которых измерялись рабочее давление в камере, продольная и боковая составляющие тяги, температура наружной стенки двигателя и величина пика давления при выходе на режим. Во время первого доводочного испытания после 21 с работы двигателя произошел отрыв сопла. Как оказалось, это было вызвано повреждением термоизоляции. Конструкция была изменена, и следующие 3 доводочных испытания (одно из них при высокой температуре) дали хорошие результаты. В серии приемо-сдаточных испытаний 3 испытания были проведены при горизонтальном положении ТТУ и 1 - при вертикальном. Результаты испытаний представлены в

Таблица 20. (см. скан) Результаты приемо-сдаточных испытании ТТУ ракеты-носителя «Ариан» [121]

табл. 20 и на рис. 145. Ускоритель хорошо зарекомендовал себя с конца 1984 г. при выведении в космос искусственных спутников Земли.