книги из ГПНТБ / Мошкин, Е. К. Развитие отечественного ракетного двигателестроения

В. В. Грязнов, Ё. К. Мошкин, И. И. Хованский, Н. М. Ве-

металлического горючего в воздухе. Взвесь магния в ке­ росине (суспензию) предполагали использовать в двига­ телях конструкции Ф. А. Цандера как горючее. Из­ готовляли суспензию с помощью шаровых мельниц, а также с использованием электрической дуги. Велись ис­ пытания ОР-2 на жидком кислороде и бензине, проекти­

Я. А. Голышев, Н. И. Ефремов, В. С. Зуев, 3. И. Кругло­

вторая бригада разработала ракету «ГИРД-09» с двига­ телем 09 на гибридном топливе. Во второй бригаде бы­ ла разработана ракета 07, испытанная в полете в 1935 г. В бригаде была сделана попытка создать авиацион­ ный двигатель с насосной подачей жидкого кислорода и бензина. Велись и другие разработки.

Михаил Клавдиевич Тихонравов родился 29 июля 1900 г. Свою творческую деятельность он начал с 1923 г., еще будучи слушате­ лем Военно-воздушной академии им. Жуковского. После окончания академии в 1925 г. М. К. Тихонравов был направлен на работу в самолето-строительное конструкторское бюро Н. Н. Поликарпова. В 1930 г. М. К- Тихонравова переводят на работу в ЦКБ им. Мен­ жинского, где на основе проделанной им работы по моторному обо­ рудованию самолетов он написал брошюры «Авиационные баки» (1934 г.) и «Системы питания и смазки авиационных моторов на са­ молетах» (1936 г.). В 1932 г. М. К- Тихонравов после встречи и бе­ седы с С. П. Королевым переходит в ТИРД. В РНИИ М. К. Тихо­ нравов совместно с коллективом отдела бескрылых ракет начал раз­ работку ракеты для подъема человека в стратосферу. Затем М. К- Тихонравов руководит лабораторией спирто-кислородных ЖРД. В результате научных исследований по Ж РД Тихшравовым в сборни­ ках «Ракетная техника» и «Ракетное движение» были опубликованы статьи «Применение ракет для исследования стратосферы» (1936 г.), «Кислородный ракетный двигатель» (1937 г.), «Основные характе­ ристики ракетного двигателя» (1938 г.).

В 1938 г. М. К. Тихонравов занимается исследованиями устой­ чивости полета и кучности пороховых неуправляемых ракетных сна­ рядов, по результатам которых им в «Ракетной технике» опублико­ вана статья «Исследование факторов, влияющих на кучность боя ракетных снарядов».

130

Руководя в 1950—1951 гг. работами по исследованию условий по­ лета искусственного спутника Земли, М. К. Тихонравов как соавтор участвовал в создании труда «Основы теории полета и элементы проектирования искусственных спутников Земли». Перу М. К. Тихо­ нравова принадлежат и многие другие труды по вопросам ракетной техники.

Правительство СССР высоко оценило труды Михаила Клавди­ евича Тихонравова, наградив его орденами Советского Союза, и присвоило ему звания Лауреата Ленинской премии и Героя Соци­ алистического Труда.

В январе '1970 г. Михаил Клавдиевич Тихонравов был избран членом-корреспондентом Международной Академии астронавтики.

Третья бригада, возглавляемая Ю. А. Победоносце­ вым, исследовала и отрабатывала воздушно-реактивные двигатели.

Юрий Алексеевич Победоносцев родился в >1907 г., доктор технических наук, профессор. Участвовал в организации ГИРДа. В 19312, г. перешел на постоянную работу в ГИРД, где под его руко­ водством разработаны прямоточные воздушно-реактивные двигатели с применением твердого горючего. Работая в РНИИ, внес вклад в создание боевых гвардейских минометов «Катюша». В 1968 г. из­ бран членом-корреспондентом Международной Академии астро­ навтики.

В третьей бригаде успешно испытывались в полете выстреливаемые из пушки модели прямоточных воздуш­ но-реактивных двигателей (ПВРД). Созданная при уча­ стии инженера третьей бригады М. С. Кисенко первая

отечественная сверхзвуковая аэродинамическая труба по­ зволяла получать открытый воздушный поток диаметром от 40 до 60 мм при скорости от 480 до 900 м/с; при ра­ боте на пониженном давлении удавалось скорость газо­ вого потока увеличить до 1100 м/с. Осесимметричные сопла для получения сверхзвукового потока рассчитыва­ лись методом, предложенным проф. Ф. И. Франкелей.

Крылатые ракеты отрабатывала четвертая бригада, первым руководителем которой был С. П. Королев. Для двигателя ОР-2 конструктором Б. И. Чераиовским был разработан планер, который С. П. Королев облетал, подготовил к испытаниям в качестве ракетоплана, полу­ чившего название ГИРД РП-1. Ракетоплан имел размах крыла 12,1 м. Его вес без ЖРД составлял 200 кг. Од­ нако трудности, возникшие при отработке ОР-2, не по­ зволили провести летные испытания РП-1 с двигателем.

ГИРД имела опытные мастерские, оборудованные станками и различными специализированными приспо­ соблениями. Руководили производственным процессом П. С. Александров, И. А. Воробьев и Е. М. Матысик. Огневые испытания двигателей и летные испытания ра­ кет проводились на полигоне в Нахабино.

Важным направлением деятельности ГИРДа явля­ лись пропаганда и популяризация реактивного движе­ ния.

Возглавлял это направление III отдел ГИРДа — От­ дел организационно-массовой работы. По соображениям секретности III отдел размещался отдельно от осталь­ ных отделов ГИРДа на открытой территории.

В работе III отдела принимали участие не только гирдовцы, но и лица, работавшие на общественных на­ чалах и не находившиеся в штате ГИРДа.

Деятельность ГИРДа в области научно-технической пропаганды соответствовала решениям Коммунистиче­ ской партии по вопросам овладения техникой. Здесь имеются в виду решения ЦК ВКП(б), принятые в 1931—1932 гг. и направленные на широкое развертыва­ ние технической пропаганды, в которых, в частности, подчеркивалась необходимость всемерно поощрять івсе виды инициативы, двигающей вперед развитие отечест­

132

Большую роль в подготовке кадров специалистов но­ вой техники сыграли организованные ГИРДом в 1932 г. курсы по ракетной технике и истории космонавтики. Курс теории ракетных двигателей читал Ф. А. Цандер, динамику реактивных аппаратов—В. П. Ветчинкин, тео­ рию воздушно-реактивных двигателей — Б. С. Стечкин, гидрогазовую динамику читал Б. С. Земский, а Н. А. Журавченко читал курс лекций по экспериментальной аэро­ динамике.

В целях активизации работы на местах оргмассовый отдел ГИРДа в конце. 1932 г. разработал программу курсов пропагандистов, которая была рассчитана на 40 часов. Учебные планы курсов высылались в периферий­ ные организации.

В апреле 1932 г. в ГИРДе было 6 коммунистов, ор­ ганизованных в партгруппу. Первым партгруппоргом был Л. К. Корнеев. В начале 1933 г. в ГИРДе была со­ здана самостоятельная парторганизация. Первым сек­ ретарем партбюро был заместитель начальника второй бригады ГИРДа Николай Иванович Ефремов.

Коммунисты ГИРДа были передовым боевым отря­ дом организации. Коммунисты активно воздействовали на научную и производственную жизнь всех подразделе­ ний ГИРДа, были застрельщиками з'дарного движения и социалистического соревнования. При затруднениях, возникающих в работе той или иной бригады, партийная организация прежде всего мобилизовала коммунистов и отстающим участкам оказывалась необходимая по­ мощь.

В периоды наиболее напряженной работы коммуни­ сты показывали личный пример, работая день и ночь, как, например, в дни первых запусков ракет «09» и «ГИРД-Х».

2. 5. ЖИДКОСТНЫЕ РАКЕТНЫЕ

ДВИГАТЕЛИ И РАКЕТЫ ГИРД

Основными объектами, которые разрабатывались в первой и второй бригадах ГИРДа, были двигатель 02 для планера РП-1, ракетные двигатели 10, 09, 03 для ракет «ГИРД-Х», «ГИРД-09», «ГИРД-07» и «ГИРД-05». Кроме этого, проводились опыты с ОР-1 и отдельными агрегатами ЖРД.

133

Разрез двигателя 02 с предкамерой

Двигатель 02

Сергей Павлович Королев (еще до организации ГИРДа) придавал большое значение созданию пилоти­ руемого летательного аппарата с ЖРД. Об этом свиде­ тельствуют его интерес к проектам Ф. А. Цандера, большая поддержка работ, проводимых в первой брига­ де ГИРДа над двигателем ОР-2, создание и затем лич­ ное руководство четвертой бригадой ГИРДа, разрабаты­ вавшей летательный аппарат — ракетоплан, на который

целью обеспечения работоспособности двигателя 02 дальнейшие испытания проводились на менее калорийном топливе, состоящем из жидкого кислорода и 85%-ного этилового спирта. Кроме этого, была упрощена конст­ рукция проточного тракта системы охлаждения и самой камеры сгорания; в качестве охлаждающего агента был использован жидкий кислород, подогрев и частичная га­ зификация которого в полости охлаждения камеры бла­ гоприятно сказывались на внутрикамерных процессах; камера оснащалась керамическими вставками, что вы­ зывало необходимость развернуть исследования, посвя­ щенные подбору огнеупорных теплоизоляционных мате­ риалов. Таким образом, двигатель 02 принципиально отличался от ОР-2 конструкции Ф. А. Цандера.

1 В ряде документов этот двигатель назывался «ОРД-2».

134

В ходе отработки конструкция двигателя 02 изменя­ лась от образца к образцу. В соответствии со специаль­ но составленной программой исследований в июле 1933 г. испытывалась камера с графитовой вставкой, ко­ торая разрушилась на 55-й секунде из-за наличия в гра­ фитовой массе посторонних включений. В октябре про­ шло испытание камеры со вставкой, которая изготовля­ лась из угольных электродов; вставка выгорела на 62-й

ской обработке. В последующих опытах графитовая об­ лицовка, чтобы исключить окисление углерода, покры­ валась еще защитной огнеупорной массой.

К декабрю 1933 г., когда первая бригада ГИРДа ра­ ботала уже в системе РНИИ, окончательно было уста­ новлено, что камеру следует облицовывать корундом, а сопло — окисью магния, и 20 декабря 1933 г. камера с такой теплоизоляцией проработала без повреждений 2 мин 40 с.

В ГИРДе разработка и испытание двигателя 02 ве­ лись А. И. Полярным (ведущий конструктор), Л. С. Душкиным, Л. К. Корнеевым и другими сотрудни­ ками первой бригады. В разработке теплоизоляционных огнеупорных покрытий принимал участие Е. К. Мошкин. Окончательная отработка двигателя проводилась в кис­ лородной бригаде РНИИ, руководимой М. К. Тихонравовым. Испытания шести основных вариантов двигате­ ля 02 на стенде 3-й лаборатории РНИИ вели Л. С. Душ­ кин, А. И. Полярный, Б. В. Флоров и др.

П е р в ы й в а р и а н т двигателя 02 представлял собой цилиндрическую камеру сгорания, изготовленную из листовой меди толщиной 1,5 мм. Камера сгорания изнутри облицовывалась окисью алюминия, а сопло — окисью магния. Кожух камеры и сопла изготовлялся из малоуглеродистой стали. В головке двигателя помеща­ лась пластинка (она называлась пластинка-жиклер), вы­ полняющая роль распылителя. Пластинка имела 35 от­ верстий диаметром 0,5 мм, через которые поступал

135

Разрез окончательного варианта двигателя 02

спирт. Кислород, подогретый в охлаждающем тракте и частично перешедший в парообразное состояние, по двум трубкам, приваренным касательно к сборному кольцу ів районе входа ів полость охлаждения, подавал­ ся в камеру сгорания через отверстия (окна), располо­ женные на цилиндрической части стенки камеры около головки. Зажигание производилось электросвечей, вво­

рассчитанное по методу проф. Ф. И. Франкеля. Учитывая сложность изготовления профилированных сопел и мно­ жество еще не решенных к тому времени более важных проблем, от дальнейшей работы с такими соплами в ГИРДе отказались. Профилированные сопла нашли ши­ рокое применение лишь в послевоенные годы.

третьего варианта и предкамерой. После большой серии испытаний, проведенных в 1934 и 1935 гг., был спроекти­ рован окончательный вариант — двигатель 02-с. Двига­ тель прошел испытания в 1935 г.

Основные данные окончательного варианта двигателя 02-с сле­ дующие. Длина — 570 мм, внешний диаметр— 90 мм, диаметр кри­ тического сечения сопла — 26 мм, объем камеры сгорания — 930 см3. Расход жидкого кислорода—0,338 кг/с, расход 96°/о-ного этилового спирта — 0,162 кг/с. При давлении подачи в 20 ат давление в камере сгорания достигало 11 ат. Двигатель развивал тягу в 100 кгс и ра­ ботал без повреждений до 60 с. Цилиндрическая часть камеры сго­ рания облицовывалась огнеупорным теплоизоляционным материалом, в основе которого была окись алюминия, сопло — окисью магния.

Таким образом,чв результате начатых в ГИРДе и завершившихся в РНИИ работ был создан ЖРД.

Двигатель 02-с испытывался в 1936 г. на крыла­ той ракете 216. Запуск этой ракеты производился с ка­

136

тапульты — тележки, разгоняемой двигателями твердо­ го топлива. Было произведено 4 испытания; только в двух случаях ракета 216 нормально взлетела с тележки, причем одна из них устойчиво поднялась по наклонной прямолинейной траектории на высоту около 500 м.

Двигатель 10

В первой бригаде для ракеты «ГИРД-Х» создавался двигатель 10. Он должен был развивать в течение 30 с тягу в 60—70 кгс при давлении в камере 8—10 ат. Ра­ боты над двигателем начались в январе 1933 г. под не­ посредственным руководством Ф. А. Цандера.

П е р в ы й в а р и а н т , разработанный Ф. А. Цанде­ ром, представлял собой двигатель, использующий жид­ кий кислород и бензин с добавкой металла, который пред­ полагалось подавать в камеру сгорания в порошкообраз­ ном и в расплавленном состоянии. Параллельно с про­ ектированием двигателя проводились работы по исследо­ ванию подачи и сжигания металлическго горючего, в результате чего стало ясно, что подготовка к горению и использование в двигателе металлического горючего свя­ зано со слишком большими техническими и эксплуата­ ционными трудностями. Поэтому первый вариант дви­ гателя не изготовлялся, а второй рассчитывался только для жидкого кислорода и бензина без горючих металли­ ческих добавок.

часть камеры смешения через струйные форсунки, обра­ зованные сверлением на боковой поверхности камеры. Образующаяся рабочая смесь устремлялась через диф­ фузор в центральную часть камеры.

137

Второй вариант двигателя 10

В испытаниях двигателя 10, начатых в августе 1933 г., и в совершенствовании его конструкции прини­ мали участие Л. С. Душкин, Л. К. Корнеев, А. И. По­ лярный, В. П. Авдонин, М. Г. Воробьев и др. В процес­ се огневых испытаний в конструкцию камеры вносились изменения. Применялась камера с предкамерой, имею­ щей профилированный контур; предкамера соединялась с камерой с помощью диффузора. Испытывался двига­ тель на жидком кислороде и бензине. При огневых испы­ таниях избыточное давление в камере изменялось мало и не превышало 2,5 ат.

Контрольные сроки выполнения плана подходили к концу, но отработать двигатель не удавалось. Из-за раз­ рушения камеры сгорания дальнейшие испытания прово­ дились на топливе, состоящем из жидкого кислорода и этилового спирта. Концентрация спирта (наиболее ча­ сто применялся 85%-ный раствор спирта в воде) выби­

спирт. Кислородные струйные форсунки находились на цилиндрической поверхности камеры, ближе к зоне сме­ шения компонентов. Усиление охлаждения центральной части камеры сгорания достигалось дополнительным вво­ дом жидкого кислорода в полость охлаждения в районе соединения камеры сгорания с соплом. При огневом испы­

138

ховом стенде РНИИ. Давление в камере достигало 8 ат, тяга — 75 кгс. При испытании зафиксирован пик тяги при выходе на режим и снижение тяги на 16-й секунде. На 21-й секунде двигатель выключили. При осмотре об­ наружено разрушение внутренней стенки центральной ча­ сти камеры.

Следующий экземпляр этого двигателя был изготов­ лен из стали ЭНЕРЖ-7. Он испытывался в сборе с си­ стемой подачи на балансирной раме, на которой крепи­ лись баки, элементы системы подачи и камера. Усилие, развиваемое двигателем с помощью этой рамы, переда­ валось датчику тяги.

Основные данные двигателя были следующие. Длина— 312 мм, наружный диаметр — 92 мм, диаметр критического сечения сопла — 24 мм, объем камеры сгорания — 450 см3. Расход 85%-ного этилово­ го спирта — 0,280 кг/с. При давлении в камере в 10 ат тяга состав­ ляла 65—75 кгс. Удельный импульс по данным трех последних за­ четных стендовых испытаний составлял 162—175 с.

По результатам испытаний было принято решение об установке двигателя в ракету. В протоколе испытания записано следующее: 1 «Ввиду того, что расчетные дан­ ные превзойдены и получена тяга 75 кгс, давление в камере 10 ат, продолжительность работы 20 с, и прини­ мая во внимание незначительность и легкую устрани­ мость механических повреждений камеры, имевших ме­ сто при 2-х испытаниях, считать возможным осуществле­ ние пуска ракеты 1012 на жидком горючем в воздух с применением испытываемого мотора».

1 Архив ГИРДа, д. Яг 3—050, с. 3.

2 В ГИРДе рассматриваемая ракета называлась 10 (десяткой). Наименование «ГИРД-Х» было дано позже.

139