Форум С.Кара-Мурзы

	От	Pokrovsky~stanislav
	К	Pokrovsky~stanislav
	Дата	13.04.2008 16:25:56
	Рубрики	Прочее; Манипуляция;

Уточняю логику по инконелю

Несмотря на то, что схема КС пока никем не предоставлена, а есть только словесные указания, логика по инконелю может быть перенесена и на случай отсутствия внутренней листовой стенки.

Говоря о температурах 1100 и 900-950 градусов, мы говорим о собственной жаропрочности материала. Т.е. о тех пределах, когда он может разрушиться при пуске за счет напряжений в нем самом.

Если бы конструкция включала в себя листовую жаропрочную стенку, с которой контактирует трубчатая система, то большой проблемы с разрушением контактов на спаях не было бы. Тепловой контакт несколько ухудшался бы, но не сильно. Зато эти нарушения на границе трубок не приводили бы к прорыву раскаленных газов под большим давлением из КС. Разрушающей стенку температурой была бы температура самой листовой стенки.

А если на пламя смотрит поверхность трубки, а паяное соединение должно сдерживать перепад давлений между КС и внешней средой, то разрушения на контактах трубок с припоем - принципиальны, они разрушают сам двигатель, - и тогда температура разрушения снижается. На металл в районе контакта с припоем действует комбинация напряжений: растягивающее напряжение со стороны припоя, внутренние напряжения металла между горячей внешней стенкой трубки и охлаждаемой внутренней(немного - десятки градусов - но эти напряжения все-равно прибавляются), растягивающее напряжение, вызванное перепадом давлений между КС и окружающей средой, внутренние непонятным образом направленные напряжения на межфазных границах и остаточные напряжения механической обработки.

Разрушение теперь зависит от того, каково у материала превышение собственной жаропрочности над этой суммой напряжений.

При том, что у типичных жаропрочных материалов приблизительно одинаковый модуль Юнга и коэф. линейного расширения, конструкционно опасную температуру, скажем, градусов 600 лучше будет держать материал, имеющий собственную температуру жаропрочности 1100, а не 900.

Теперь смотрим, что произошло в Рокетдайне. Мы совершенно правильно вычислили что проблемы были с жаропрочной стенкой. Происходило разрушение на конктакте с припоем. Не то сам контакт разрушался, не то материал трубок, - двигателю все равно не жить.

В Рокетдайне покрывают инкоенелевую трубку никелем - для улучшения контакта при пайке. И - типа все наладилось. НО...

- инконель, у которого на поверхности выступали оксиды алюминия и титата(снижающие коэффициент поглощения излучения) - был покрыт гальваническим никелем - веществом с коэф. отражения на длине волны 1 мкм(около максимума спектра черного тела при 3000 К) не более 0.4 - при хорошей полировке. При этом у инконеля теплопроводность хуже, чем у стали и у никеля. Т.е., если внутри под никелем инконель, то для него условия эксплуатации еще и заметно ухудшились. Несколько микрон никеля, имеющего такой же коэффициент расширения, - не сильно снижают нагрузки на инконель со стороны припоя. Зато возрастают и сама температура(из-за улучшения поглощательной способности на никеле), и перепад температур на стенке(т.е. внутренние напряжения в инконеле).

- стык с серебряным припоем был смертелен для гальванического никеля ровно при той же температуре, при которой он был смертелен для никелевых трубок, от которых в "Рокетдайне" как раз в связи с ростом размера двигателя отказались - в пользу якобы более высокотемпературных инконелевых. Причем именно стык с припоем - был и остался самым опасным местом.
Т.е. жаропрочность стенки якобы повысили ровно тем материалом и в такой позиции, где он - по исходному конструкторскому расчету, - принципиально не должен был обеспечивать необходимую прочность.

- никелирование - очень удобный прием, делающий неотличимыми друг от друга по внешним данным никелированные инконелевую, просто никелевую и стальную трубки.

- про инконель было сказано, что он имел лучшее отношение прочность/масса. Но в те времена при 900-950 градусах ничего подобного у него в сопоставлении со сталями не было. Плотность сталей ниже(на 11%). А прочностные свойства инконеля были выше стальных только при высокой объемной доле гамма-штрих фазы - и только в отливках. При 40-50% доли фазы инконель был строго на уровне сталей - 100 МПа. А при бОльших объемных долях он, (в отличие от сталей) не допускал изготовления из него проката. Об этом можно было не знать, подставляя в конструкторский расчет прочностные данные, полученные на литой болванке. Но объективно достичь жаропрочности, превышающей стальную, было нельзя.

Все рассуждения о необходимости снижения температуры в КС до тех пор, чтобы в опасных местах на стенке не возникало разрушений, - остаются в силе. Поскольку первоначальный расчет Рокетдайна исходил из того, что никель и сталь не удержат нужную температуру, а инконелевые трубки(прокат) не могли в те времена оказаться лучше стали и никеля, то остаются в силе и все численные оценки. Снижение температуры в КС процентов на 15, а тяги - на 20%.

Немножко изменяем логику того, как могла снижаться температура в КС. Я ранее говорил только о нарушении стехиометрии. Но температура зависит от баланса выделившейся энергии и вынесенной из КС за счет всех механизмов. Если, например, общее тепловыделение уменьшается, а доля в нем "стеночного" потока возрастает, то температура в КС снижается.

С уменьшением общего потока газов становится прозрачнее для излучения "окно" соплового аппарата. При уровне температур масштаба 3000 К каналы лучистых потерь - весьма существенны для температуры излучающего газа. И принципиально их могло хватить для общего уменьшения температуры - даже без игры в стехиометрию. Или хотя бы снижали масштаб неожходимых нарушений стехиометрии.

Если, например, были применены никелевые трубки, то при той же температуре внешней стенки трубки за счет большей тепловопроводности никеля(в раза больше, чем у инконеля)- тепла могло уходит в охлаждающий керосин заметно больше, чем в расчентном режиме. При понижении температуры до безопасной - система охлаждения, положим, работала расчетно, но выносила несколько бОльшую долю тепла КС, чем по расчету для инконеля.