КОРПУС РДТТ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1998 года по МПК F02K9/34 

Изобретение относится к ракетным двигателям, используемым твердые топлива, и может найти применение в корпусах из композиционных материалов.

Известны корпуса РДТТ с оболочками из композиционных материалов с внутренним теплозащитным покрытием и элементами раскрепления с топливным зарядом.

Так, в корпусе по [1] предложен компенсатор напряжений в виде эластомерного лейнера, размещенного между зарядом и теплозащитным покрытием (ТЗП) корпуса, с дополнительным компенсатором в виде кольцевого паза в лайнере, направленные на уменьшение концентрации напряжений при работе двигателя.

В корпусе по [2] теплозащитное покрытие выполнено переменной толщины с интегральной манжетой, имеющей разгрузочную канавку.

В указанных технических решениях компенсация напряжений производится между зарядом и теплозащитным покрытием либо в лейнерах и теплозащитных покрытиях, что недостаточно для нормальной работы двигателя без нарушения функционирования отдельных его элементов.

Известна компенсация напряжений между фланцами и корпусом посредством размещаемой между ними упруго-эластичной прокладки [3].

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является корпус РДТТ из композиционных материалов [4], содержащий силовую оболочку с фланцами и упруго-эластичными прокладками, установленными по полюсным отверстиям днищ, облицованную изнутри теплозащитным покрытием из резиноподобного материала.

К основным недостаткам двигателей следует отнести разрушение оболочек корпусов из-за их прогара в результате разрушения ТЗП у фланцев днищ. Причиной перенапряжения ТЗП в этих местах является повышенная концентрация напряжений против кромок фланцев. Скрепление ТЗП с фланцами и оболочкой в этой зоне непригодно из-за ненадежности.

Основной задачей изобретения является создание корпуса РДТТ такой конструкции, которая позволила бы исключить указанные недостатки и обеспечивала работоспособность двигателя.

Технический результат, который может быть получен от использования нового технического решения, заключается в повышении качества, надежности и прочности корпуса РДТТ.

Задача решается за счет раскрепления ТЗП и оболочки корпуса.

Для этого в корпусе РДТТ из композиционного материала, содержащем силовую оболочку с фланцами и упруго-эластичными прокладками, установленными по полюсным отверстиям днищ, облицованную изнутри теплозащитным покрытием из резиноподобного материала, в днищах между теплозащитным покрытием и оболочкой с фланцами выполнены кольцевые поясковые зоны раскрепления в виде встроенной между ними антиадгезионной пленки, перекрывающие кромки фланцев. При этом ширина B кольцевых поясковых зон раскрепления и наружного диаметра D кромок фланцев завязаны соотношением B/D = 1/5 - 1/15 при диаметрах кромок фланцев, равных 250 - 2500 мм, причем предельное наименьшее значение соотношения соответствует ширине зоны раскрепления при наибольшем диаметре кромок фланца, а предельное наибольшее значение соотношения соответствует ширине зоны раскрепления при наименьшем диаметре кромок фланца.

Отличительными особенностями предложенного корпуса РДТТ из композиционных материалов являются следующие признаки: выполнение в днищах корпуса между теплозащитным покрытием и оболочкой с фланцами раскрепления; в виде кольцевых поясковых зон; размещенной между ТЗП и оболочкой из антиадгезионной пленки; перекрывающих кромки фланцев; значения соотношений ширины кольцевых поясковых зон раскрепления и наружного диаметра кромок фланцев; ограничения применимости значений соотношений диаметрам кромок фланцев.

Указанные отличительные признаки являются существенными для корпусов РДТТ из композиционных материалов, поскольку каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и достижение нового технического результата. Так, например, исключение кольцевых поясковых зон раскрепления в указанных местах возвращает к исходной постановке задачи, получению неработоспособных изделий. Перекрытие кольцевой поясковой зоной раскрепления кромок фланцев вызвано повышением безопасного участия их в совместной работе с оболочкой из композиционного материала, характеризуемой деформативностью материала и относительным сдвигом элементов при восприятии нагрузок. На наличие зон пояскового раскрепления, их выбор влияет разброс свойств теплозащитного покрытия, деформативность оболочки, трение материалов, отклонения от технологии изготовления, уровня и культуры производства, величина избыточного давления в корпусе. Ширина зон раскрепления с учетом выбранных соотношений многократно проверена результатами испытаний корпусов, указанные пределы соотношений обладают высокой степенью достоверности.

Все отличительные существенные признаки совместно с общими известными повышают качество, надежность, прочность и эффективность корпуса.

Отличительные существенные признаки являются новыми, так как их использование в известных технических решениях, аналогах и прототипе не обнаружено, что позволяет характеризовать предложенный корпус РДТТ из композиционных материалов соответствующим критерию "новизна".

Единая совокупность новых отличительных существенных признаков с общими известными позволяет решить поставленную задачу и достичь новый технический результат, что характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа. Новое техническое решение получено без использования стандартов и рекомендаций общетехнического характера и каких-либо известных проектов, является результатом творческого вклада, проведения исследований и опытно-экспериментальной отработки конструкции корпусов материалов и технологии, что позволяет характеризовать соответствием его критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлен общий вид корпуса РДТТ из композиционных материалов; на фиг. 2 - типовая схема раскрепления ТЗП относительно оболочки из композиционных материалов в зоне днищ корпуса РДТТ.

Корпус РДТТ из композиционных материалов содержит силовую оболочку 1 с фланцами 2, 3, установленными по полюсным отверстиям днищ 4, 5, облицованную изнутри теплозащитным покрытием 6 из резиноподобного материала. Между теплозащитным покрытием 6 и оболочкой 1 с фланцами 2, 3 в днищах 4, 5 выполнены кольцевые поясковые зоны раскрепления 7 из антиадгезионной пленки, перекрывающие кромки 8 фланцев 2, 3.

Силовая оболочка 1 выполнена из слоистого композиционного материала, полученного спирально-кольцевой намоткой лент нетканого материала из непрерывных арамидных жгутов (органических волокон), соединенных связующим на основе эпоксидной смолы.

Фланцы 2, 3 представляют собой металлические детали, спрофилированные с учетом геометрии днищ корпуса, предназначены соответственно для крепления крышки и соплового блока РДТТ. С силовой оболочкой 1 фланцы 2, 3 скреплены упруго-эластичными прокладками 9, выполненными из листовой резины.

Теплозащитное покрытие 6 выполнено из термостойкой каландрированной резины. Кольцевые поясковые зоны раскрепления 7 представляют собой контактные образования охватывающей и охватываемых поверхностей соответственно силовой оболочки 1 с фланцами 2, 3 и теплозащитного покрытия 6, в которых отсутствуют проклеи и адгезионные связи материалов, из которых они изготовлены.

Кольцевые поясковые зоны раскрепления 7 могут быть образованы посредством нанесения на теплозащитное покрытие 6 перед намоткой силовой оболочки 1 антиадгезионной пленки типа из смазки ЦИАТИМ или фторопластовой пленки.

Работа корпуса РДТТ из композиционных материалов заключается в следующем.

При действии внутреннего давления в корпусе его оболочка 1 находится в сложном напряженно-деформированном состоянии, характеризующимся изменением размеров поверхностей и толщин по отношению к исходным геометрическим размерам, в результате чего между оболочкой 1 и фланцами 2, 3 происходит стесненный сдвиг в меридиональном направлении. Благодаря наличию упруго-эластичных прокладок 9 и кольцевых поясковых зон раскрепления 7 происходит упругий сдвиг фланцев 2, 3, в теплозащитном покрытии 6 возникают минимальные деформации без концентрации напряжений у кромок 8 фланцев 2, 3, теплозащитное покрытие 6 функционирует с повышенной надежностью, тем самым повышается надежность корпуса и исключается его разрушение.

Были изготовлены и испытаны корпуса РДТТ из композиционных материалов. В их основе было использовано новое техническое решение. Результаты испытаний положительные.

Таким образом, новое техническое решение позволяет создать корпуса РДТТ повышенного качества и надежности, соответствует и критерию "промышленная применимость", т.е. уровню изобретения.

Корпус в композиционных материалов предназначен для использования в ракетных двигателях, работающих на твердом топливе. Корпум содержит силовую оболочку 1 с фланцами 2, 3. Они установлены по полюсным отверстиям днищ 4, 5. Оболочка облицована изнутри теплозащитным покрытием 6 из резиноподобного материала. Между теплозащитным покрытием 6 и оболочкой 1 с фланцами в днищах выполнены кольцевые поясковые зоны раскрепления 7. Фланцы скреплены с силовой оболочкой упруго-эластичными прокладками 9. Технический результат от применения корпуса из композиционных материалов достигается за счет раскрепления теплозащитного покрытия и оболочки корпуса. Он выражается в повышении качества, надежности и прочности корпуса двигателя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Корпус РДТТ из композиционных материалов, содержащий силовую оболочку с фланцами и упругоэластичными прокладками, установленными по полюсным отверстиям днищ, облицованную изнутри теплозащитным покрытием из резиноподобного материала, отличающийся тем, что в днищах между теплозащитным покрытием и оболочкой с фланцами выполнены кольцевые поясковые зоны раскрепления из антиадгезионной пленки, перекрывающие кромки фланцев. 2. Корпус по п.1, отличающийся тем, что соотношение ширины В кольцевых поясковых зон раскрепления и наружного диаметра D кромок фланцев находится в пределах B/D = 1/5 - 1/15 при диаметрах кромок фланцев, равных 250 - 2500 мм, причем предельное наименьшее значение соотношения соответствует ширине зоны раскрепления при наибольшем диаметре кромок фланца, а предельное наибольшее значение соотношения соответствует ширине зоны раскрепления при наименьшем диаметре кромок фланцев.