ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ВНУТРЕННИХ ПОЛОСТЕЙ ТУРБОНАСОСНОГО АГРЕГАТА ЖРД

IMPROVING THE QUALITY OF THE INTERNAL CAVITIES OF THE TURBOPUMP UNIT OF LIQUID ROCKET ENGINES

Nikolay Kaushan

student, Department of Aircraft Engines, Reshetnev Siberian State University of Science and Technology,

Russia, Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

В качестве цели настоящей статьи определены направления повышения качества внутренних полостей турбонасосного агрегата ЖРД. В статье рассмотрены мероприятия по повышению качества внутренних полостей турбонасосного агрегата. Актуальность обусловлена увеличением прочностных характеристик корпусов турбонасосного агрегата. В качестве метода использованы общенаучные методы исследования. Результаты научных изысканий позволили говорить о необходимости совершенствования конструктивных особенностей жидкостных ракетных двигателей.

ABSTRACT

As the purpose of this article, the directions of improving the quality of the internal cavities of the turbopump unit of a liquid rocket engine are determined. The article discusses measures to improve the quality of the internal cavities of the turbopump unit. The relevance is due to an increase in the strength characteristics of the turbopump unit housings. General scientific research methods were used as a method. The results of scientific research made it possible to talk about the need to improve the design features of liquid rocket engines.

Ключевые слова: турбонасосный агрегат, жидкостный ракетный двигатель; конструктивные инновации; полости.

Keywords: turbopump unit, liquid rocket engine; design innovations; cavities.

Турбонасосный агрегат ЖРД имеет достаточно сложную структуру (рисунок 1).

Рисунок 1. Общая схема Турбонасосного агрегата ЖРД

На рисунке 1 показан общий вид агрегата, где 1 – насос; 2 – турбина; 3 – вал; 4, 5 – подшипники; 6 – колесо турбины; 7 – крыльчатка; 8 - корпус; 9 – разделительная полость; 10 – уплотнение, расположенное между разделительной полостью и турбиной; 11 - уплотнение, расположенное между разделительной полостью и насосом; 12 – полость за уплотнением со стороны насоса; 13 – полость за крыльчаткой; 14 - канал подвода рабочей жидкости высокого давления из-за крыльчатки; 15 - канал подвода рабочей жидкости высокого давления из магистрали за насосом; 16 – корпус подшипника; 17 – входная полость крыльчатки.

Повышение качества внутренних полостей турбонасосного агрегата ЖРД связано с различными конструктивными изменениями, изобретениями, инновациями. Анализ научных публикаций позволил выделить несколько инноваций, связанных с повышением качества внутренних полостей турбонасосного агрегата ЖРД. К таким инновациям можно отнести изобретение В. В. Черниченко, В. Б. Шепеленко [5]. Оно относится к области энергетических установок, а именно к устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива при разработке жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Изобретение Н.Б. Болотина относится к жидкостным ракетным двигателям, работающим на жидком водороде [6].

Немаловажной проблемой конструирования корпусов ТНА является уменьшение шероховатости поверхностей полостей агрегата.

Ю.В Конозобкин [2, с. 187-188] рассматривает способы повышения качества внутренних полостей турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя и выделяет в качестве перспективных:

• электрохимическая;
• механическая обработка;
• виброобработка;
• метод электролитно-плазменной обработки.

Рассмотрим эти методы.

Электрохимическая и механическая обработка значительно уступают более современным методам обработки поверхностей.

Достаточно перспективным можно назвать виброобработку. Виброобработка является универсальным методом упрочняющей обработки. В первую очередь преимущества данного метода проявляются при обработке деталей сложной формы. Однако, в некоторых случаях использование виброобработки затруднено по причинам невозможности обработки труднодоступных поверхностей внутренних полостей или необходимости обработки высоких классов шероховатости.

Тем не менее, специалисты рассматривают этот метод как эффективный. Например, А.А. Афанасьев выделил наиболее характерные разрушения конструкций, выявленных при отработке вибрационной прочности ЖРД. Эти разрушения касались и внутренних поверхностей турбонасосного агрегата. Автор, опираясь на лабораторные модельные виброиспытания, натурные огневые испытания отметил наиболее характерные разрушения, проявляющиеся при отработке двигателей [1, с. 12-20].

Чтобы нивелировать указанные недостатки специалисты предлагают использовать приспособление жидкостно-образивной обработки.

Г.Г. Крушенко в своей публикации описывает спроектированное им в соавторстве приспособление для реализации обработки фасонных поверхностей в закрытых крупногабаритных деталях корпуса ТНА приспособление для жидкостно-абразивной обработки [3, с. 148-150].

Специалисты доказывают, что данная инновация позволяет сократить время на обработку.

Электролитно-плазменная обработка (ЭПО) широко применяется для очистки поверхности, снижения шероховатости и снятия заусенцев на изделиях, изготовленных из различных металлических материалов. ЭПО является безопасной и более производительной технологией по сравнению с альтернативными видами (электрохимическая, механическая обработка) [4].

Экспериментальные исследования, сравнение применения различных методов улучшения поверхностей полостей ТНА ЖРД позволили выделить метод электролитно-плазменной обработки с применением устройства для обработки внутренних пространственно-сложных поверхностей различной кривизны как наиболее эффективный метод.

В заключение следует говорить о том, что недостатки поверхностей в турбонасосных агрегатах ЖРД приводят к потерям, снижению эффективности, возможны даже отказы в работе. Для того, чтобы агрегат работал надежно, необходимо особое внимание уделить стадии проектирования и выбору метода обработки поверхностей. Совершенствование конструкций более современных ракетных двигателей делает необходимым совершенствовать и методы обработки поверхностей всех конструктивных деталей двигателя.

Список литературы:

1. Афанасьев А.А., Жеребчиков С.Н., Ляшков А.В. Обеспечение вибропрочности элементов конструкции жидкостных ракетных двигателей // Насосы. Турбины. Системы. – 2021. – № 1(38). – С. 12-20.
2. Конозобкин Ю.В., Ледков Я.Ю. Способы повышения качества внутренних полостей турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя // Решетневские чтения : Материалы XXIII Междунар. научно-практ. конф.. В 2-х частях. (Красноярск, 11–15 ноя. 2019 г.). – Красноярск: СибГУ им. М.Ф. Решетнева, 2019. – С. 187-188.
3. Крушенко Г.Г., Платонов О.А., Решетникова С.Н. Повышение плотности деталей двигателей летательных аппаратов, отливаемых из алюминиевых сплавов // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. – 2017. – Т. 1. – № 13. – С. 148-150.
4. Крушенко Г.Г. Эволюция технологии изготов­ления корпусов насосов турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя // Вестник СибГУ. –2014. – С. 174-179.
5. Патент № 2480607 C1 Российская Федерация, МПК F02K 9/42. Жидкостный ракетный двигатель : № 2012109702/06 : заявл. 15.03.2012 : опубл. 27.04.2013 / В. В. Черниченко, В. Б. Шепеленко.
6. Патент № 2474719 C1 Российская Федерация, МПК F02K 9/48. Кислородно-водородный жидкостный ракетный двигатель : № 2011154512/06 : заявл. 29.12.2011 : опубл. 10.02.2013 / Н. Б. Болотин.