Из анализа рассмотренных научных работ следовало, что в ЖРД горение топлива при раздельной подаче компонентов делится на две стадии: подготовительную, когда происходит распыл, испарение, смешение и вторую стадию, в которой происходят химические превращения (горение) подготовленной смеси в продукты сгорания. Отмечается, что процесс сгорания всегда проходит при наличии турбулентности в потоке, при этом в камере сгорания имеют место колебания давления, температур, скорости горения, что, в некоторых случаях, может вызвать процесс нестационарного горения. А.П. Васильеву из МВТУ удалось путем обогащения смеси в камере сгорания, работающем на газообразном кислороде и керосине искусственно вызывать резонансные явления. Это сообщение меня сильно воодушевило для изучения нестационарного характера работы жидкостного двигателя, так как изложенные выше особенности работы относятся именно к жидкостным ракетным двигателям.
Однако, оказывается, что подобные явления могут происходить и в твердотопливных ракетных двигателях, причем максимальное давление в амплитудах колебаний превышают расчетное значение в несколько раз.
Тогда я встретился с заведующим учебной лаборатории кафедры В.Н. Петровым, подробно рассказал ему об идее исследования нестационарного горения топлива в камере сгорания ЖРД и создания специального двигателя для изучения внутрикамерных процессов. Он меня поддержал не только идейно, но и сказал, что даст мне головку с форсунками и сопловой блок от учебного двигателя, которые я могу применить в своей экспериментальной модели. К тому времени я уже принял решение цилиндрическую часть камеры сгорания сделать из прозрачного оргстекла, дабы что-нибудь выявить из гидродинамики процесса горения.
Вскоре мой экспериментальный двигатель выглядел следующим образом: полученную головку я приваривал к металлической шайбе, сопловой блок с другой стороны также приваривал к такой же металлической шайбе. Цилиндрическая часть камеры собиралась из колец, сделанных на токарном станке из блоков толстого оргстекла, и склеенных под прессом с помощью дихлорэтана. Получилась прозрачная труба, к которой слева присоединялась головка двигателя, а справа сопловой блок. Вся конструкция стягивалась шестью шпильками диаметром по двадцать миллиметров каждая. К форсункам на головке двигателя подводились трубопроводы для подачи спирта и газообразного кислорода, там же стоял датчик для измерения внутрикамерного давления. Датчик был связан с осциллографом, записывающим на бумагу кривую давления.
Детали двигателя изготовлял на токарном станке в цеху нашего завода. Помогал мне материалами и инструментом К. А. Фетисов, с которым я подружился еще во время станочной практики. Это был один из лучших станочников нашего завода. К концу сентября – первого месяца преддипломной практики двигатель был готов и установлен в огневом боксе лаборатории кафедры.
К этому времени я научился снимать фильмы на восьмимиллиметровую пленку высокоскоростной кинокамерой, восемь тысяч кадров в минуту. С помощью штатива она была нацелена на цилиндрическую часть опытного двигателя.
Наступил день испытаний. В программе экспериментов были назначены всевозможные режимы работы за счет изменения подачи компонентов в опытный двигатель, включая пушечные пуски. Ожидаемых результатов мы не получили. Спирт устойчиво сгорал при любом соотношении с газообразным кислородом. На кривых, записывающих давление в камере двигателя, нестационарного горения обнаружено не было.
Владимир Николаевич заметил, что эта пара компонентов всегда работает устойчиво. Тогда я ему предложил спирт заменить керосином, но он сказал, что это очень большая работа, нужно заменить форсунки в двигателе, а главное, получить разрешение городских надзорных служб на применение в ракетном двигателе таких компонентов.
Я не расстроился. Как известно, отрицательный результат, тоже результат.
В свое время мы выполняли лабораторные работы на твердотопливных двигателях на кафедре, которую возглавлял крупный ученый Григорий Григорьевич Шелухин. Сначала пошел в учебную лабораторию к ее заведующему Алексею Васильевичу Кухнину, всегда жизнерадостному, подвижному человеку. Рассказал ему о своих заботах, неудачном эксперименте на жидкостном ракетном двигателе, и что хотел бы провести такую исследовательскую работу на РДТТ. Но мой двигатель будет иметь прозрачную камеру.
Вначале он выразил сомнение, но потом согласился на проведение этой работы. Алексей Васильевич взял на себя все организационные вопросы, а я направился выполнять эскизы нового твердотопливного двигателя и его отдельных частей. Твердотопливные двигатели конструктивно имеют более простое устройство, так как ракетное топливо в виде трубчатых элементов (в обиходе – шашек) заранее укладываются в камеру сгорания и не требуют специальных систем подачи, как в двигателях ЖРД.
