Моя первая ракетная авария
Ни одна ракетная программа не обходится без аварий. Моя - не исключение. С Ньютоном-1 мне везло: два удачных огневых испытания двигателей на тягоизмерительном стенде обеспечили успешный запуск ракеты. А вот Ньютон-2 оказался капризным. Из-за увеличенной массы (около одного килограмма по сравнению с 0,5 кг у Ньютона-1) старый проверенный двигатель уже не годится и пришлось разрабатывать форсированный вариант с увеличенной тягой и полным импульсом. В новом двигателе я увеличил массу заряда, увеличил площадь горения за счет удлинения канала и оборудовал сопловой блок металлической вставкой, которая теоретически должна сдержать разгар сопла. Отливка единого скрепленного заряда, который был применен в двигателе Ньютона-1, в удлиненной версии - дело непростое, поэтому я решил применить вкладной шашечный заряд, состоящий из 5 топливных шашек массой по 60 г и одной массой 30 г. Первое испытание на стенде завершилось аварией: двигатель взорвался спустя 2 секунды после зажигания. Испытание снималось на 3 камеры.
Камера 1 (вид на шкалу динамометра):
Камера 2 (вид с площадки с расстояния 2 метра):
Камера 3 (вид от пульта, снимал с рук):
Для успешных испытаний в дальнейшем нужно разобраться в причинах взрыва.
Для начала я осмотрел площадку, стенд и собрал доступные обломки.
Тягоизмерительный стенд получил незначительные повреждения и после небольшого ремонта пригоден для дальнейшей работы:
Вот все обломки, которые удалось отыскать на площадке (радиус разлета составил около 4 метров):
Дальше со всем этим добром идем в лабораторию.
Из общей массы обломков я убрал фрагменты бронировки топливных шашек, так как они в расследовании совершенно бесполезны. Остальное рассотировал по приблизительному месту их расположения в корпусе двигателя: вверху слева - фрагменты участка корпуса, прилегавшие к сопловому блоку, внизу слева - сопловой блок и теплозащитное кольцо, вверху справа - фрагменты, прилегавшие к заглушке, внизу справа - сама заглушка, в центре - фрагменты с неустановленным расположением (предположительно - центральная часть корпуса).
Теплозащитное кольцо, сопловой блок и заглушка сохранились лучше всего (практически уцелели):
Далее я собрал своеобразный пазл из фрагментов корпуса. Получилось неплохо:
Как видно, сильнее всего поврежден средний участок корпуса. Большинстро обломков оттуда найти не удалось. Очевидно, разрушение двигателя началось именно отсюда. По направлению выхода проводов игнитора из заглушки я определил положение корпуса на стенде относительно камер. Вот так двигатель располагался относительно камеры 3 (то есть относительно меня):
А так соответственно относительно камеры 2:
Удачное расположение: на раскадровке видео с камеры 2 скорее всего будет виден процесс разрушения корпуса.
Для определения хронологии испытания сперва посмотрим раскадровку записи с камеры 1. Здесь я выложу не все скриншоты, ибо много их, а только те, которые отображают наиболее значимые этапы испытания.
За начало отсчета возьмем момент выдачи команды на зажигание:
Время 1,835 секунды: двигатель вышел на режим. Значение тяги 74 Ньютона.
Время 2,168 с. Двигатель работает нормально. Тяга возросла до 170 Н.
Время 2,201 с: Взрыв двигателя. Изображение смазано из-за сотрясения стенда, вызванного взрывом.
Время 6,838 с. Догорают разлетевшиеся топливные шашки. Динамометр стенда показывает значение -4 Н, поскольку двигатель массой 400 г больше не давит своим весом на упор стенда.
Теперь рассмотрим раскадровку записи с камеры 2.
Нулевая точка та же самая: выдача команды на зажигание.
Время 1,867 с. Двигатель вышел на режим, работает нормально.
Время 2,067 с. Двигатель работает, но на корпусе проявились зоны чрезмерных тепловых нагрузок.
Время 2,200 (за 0,001 с до взрыва). Зоны теплового повреждения корпуса прогрессируют. Они имеют вид колец, соответствующих стыкам топливных шашек. Самое нижнее кольцо - самое яркое, оно соответствует зоне максимального повреждения, выявленной при составлении обломков.
Время 2,233 с. не выдержав высокой температуры, корпус прогорел и разделился в зоне нижней кольцевой зоны. Высвободившиея сжатые горячие газы разбрасывают фрагменты двигателя и топливные шашки. Взрывная декомпрессия разрушает две части корпуса на более мелкие фрагменты.
Время 6,333 с. Догорают разбросанные топливные шашки.
Внутри стенда остались две шашки, которые были внизу двигателя, поэтому а времени 10,600 с видно бушующее внутри стенда пламя.
Таким образом непосредственной причиной взрыва двигателя стал прогар корпуса в месте стыка третьей и четвертой топливных шашек. Значит для предотвращения подобных аварий в будущем следует применить одну из следующих мер:
1) усилить корпус двигателя за счет увеличения толщины стенок.
2) усилить только те участки корпуса, которые примыкают к стыкам топливных шашек.
3) поместить между топливным зарядом и корпусом слой теплоизоляции (например, бумагу, пропитанную жидким стеклом)
4) отказаться от вкладного шашечного заряда в пользу единого скрепленного канального заряда.
1 и 2 варианты плохи увеличением сухой массы двигателя и соответствующим снижением его полного импульса и тяговооруженности ракеты, поэтому в конструкции следующего двигателя я решил применить варианты 3 и 4. Новый двигатель почти готов, испытание покажет, правильные ли выводы я сделал из этой аварии.
Напоследок полная хронология испытания:
0 с - зажигание
0 с - 1,633 с - переходные процессы (воспаменение игнитора, передача зажигания от игнитора к топливу, оспламенение топлива)
1,633 с - 1,835 с - выход на режим. Тяга 74 Н
1.933 с - появляются зоны теплового повреждения (прогара)
1,933 с - 2,200 с - зоны прогара прогрессируют. Самая отчетливая - в нижней трети корпуса.
1,633 с - 2,200 с - нормальная работа двигателя. Тяга возрастает с 74 Н до 170 Н.
2,201 с - разделение двигателя на две части по нижней зоне прогара
2,267 с - разделенные части распадаются на более мелкие фрагменты, начало разлета фрагментов
3,133 с - все фрагменты, видимые в кадре приземлились
3,133 с - 22,433с - догорание топливных шашек
Камера 1 (вид на шкалу динамометра):
Click to viewКамера 2 (вид с площадки с расстояния 2 метра):
Камера 3 (вид от пульта, снимал с рук):
Для успешных испытаний в дальнейшем нужно разобраться в причинах взрыва.
Для начала я осмотрел площадку, стенд и собрал доступные обломки.
Тягоизмерительный стенд получил незначительные повреждения и после небольшого ремонта пригоден для дальнейшей работы:
Вот все обломки, которые удалось отыскать на площадке (радиус разлета составил около 4 метров):
Дальше со всем этим добром идем в лабораторию.
Из общей массы обломков я убрал фрагменты бронировки топливных шашек, так как они в расследовании совершенно бесполезны. Остальное рассотировал по приблизительному месту их расположения в корпусе двигателя: вверху слева - фрагменты участка корпуса, прилегавшие к сопловому блоку, внизу слева - сопловой блок и теплозащитное кольцо, вверху справа - фрагменты, прилегавшие к заглушке, внизу справа - сама заглушка, в центре - фрагменты с неустановленным расположением (предположительно - центральная часть корпуса).
Теплозащитное кольцо, сопловой блок и заглушка сохранились лучше всего (практически уцелели):
Далее я собрал своеобразный пазл из фрагментов корпуса. Получилось неплохо:
Как видно, сильнее всего поврежден средний участок корпуса. Большинстро обломков оттуда найти не удалось. Очевидно, разрушение двигателя началось именно отсюда. По направлению выхода проводов игнитора из заглушки я определил положение корпуса на стенде относительно камер. Вот так двигатель располагался относительно камеры 3 (то есть относительно меня):
А так соответственно относительно камеры 2:
Удачное расположение: на раскадровке видео с камеры 2 скорее всего будет виден процесс разрушения корпуса.
Для определения хронологии испытания сперва посмотрим раскадровку записи с камеры 1. Здесь я выложу не все скриншоты, ибо много их, а только те, которые отображают наиболее значимые этапы испытания.
За начало отсчета возьмем момент выдачи команды на зажигание:
Время 1,835 секунды: двигатель вышел на режим. Значение тяги 74 Ньютона.
Время 2,168 с. Двигатель работает нормально. Тяга возросла до 170 Н.
Время 2,201 с: Взрыв двигателя. Изображение смазано из-за сотрясения стенда, вызванного взрывом.
Время 6,838 с. Догорают разлетевшиеся топливные шашки. Динамометр стенда показывает значение -4 Н, поскольку двигатель массой 400 г больше не давит своим весом на упор стенда.
Теперь рассмотрим раскадровку записи с камеры 2.
Нулевая точка та же самая: выдача команды на зажигание.
Время 1,867 с. Двигатель вышел на режим, работает нормально.
Время 2,067 с. Двигатель работает, но на корпусе проявились зоны чрезмерных тепловых нагрузок.
Время 2,200 (за 0,001 с до взрыва). Зоны теплового повреждения корпуса прогрессируют. Они имеют вид колец, соответствующих стыкам топливных шашек. Самое нижнее кольцо - самое яркое, оно соответствует зоне максимального повреждения, выявленной при составлении обломков.
Время 2,233 с. не выдержав высокой температуры, корпус прогорел и разделился в зоне нижней кольцевой зоны. Высвободившиея сжатые горячие газы разбрасывают фрагменты двигателя и топливные шашки. Взрывная декомпрессия разрушает две части корпуса на более мелкие фрагменты.
Время 6,333 с. Догорают разбросанные топливные шашки.
Внутри стенда остались две шашки, которые были внизу двигателя, поэтому а времени 10,600 с видно бушующее внутри стенда пламя.
Таким образом непосредственной причиной взрыва двигателя стал прогар корпуса в месте стыка третьей и четвертой топливных шашек. Значит для предотвращения подобных аварий в будущем следует применить одну из следующих мер:
1) усилить корпус двигателя за счет увеличения толщины стенок.
2) усилить только те участки корпуса, которые примыкают к стыкам топливных шашек.
3) поместить между топливным зарядом и корпусом слой теплоизоляции (например, бумагу, пропитанную жидким стеклом)
4) отказаться от вкладного шашечного заряда в пользу единого скрепленного канального заряда.
1 и 2 варианты плохи увеличением сухой массы двигателя и соответствующим снижением его полного импульса и тяговооруженности ракеты, поэтому в конструкции следующего двигателя я решил применить варианты 3 и 4. Новый двигатель почти готов, испытание покажет, правильные ли выводы я сделал из этой аварии.
Напоследок полная хронология испытания:
0 с - зажигание
0 с - 1,633 с - переходные процессы (воспаменение игнитора, передача зажигания от игнитора к топливу, оспламенение топлива)
1,633 с - 1,835 с - выход на режим. Тяга 74 Н
1.933 с - появляются зоны теплового повреждения (прогара)
1,933 с - 2,200 с - зоны прогара прогрессируют. Самая отчетливая - в нижней трети корпуса.
1,633 с - 2,200 с - нормальная работа двигателя. Тяга возрастает с 74 Н до 170 Н.
2,201 с - разделение двигателя на две части по нижней зоне прогара
2,267 с - разделенные части распадаются на более мелкие фрагменты, начало разлета фрагментов
3,133 с - все фрагменты, видимые в кадре приземлились
3,133 с - 22,433с - догорание топливных шашек