СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ КОРПУСОВ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Российский патент 2002 года по МПК B05D7/22 B05D7/24 

Предлагаемое изобретение относится к области производства ракетных двигателей и может найти применение при защите внутренней поверхности корпусов двигателей реактивных снарядов систем залпового огня, работающих под воздействием высокой температуры, давления и большой скорости истечения продуктов горения.

В производстве лакокрасочных покрытий в машиностроении под понятием "Защитное покрытие" понимают применяемый материал и способ его нанесения, обеспечивающий получение всех технических характеристик (толщина, сплошность, эластичность, долговечность и др.), которые предъявляются к покрытию условиями эксплуатации. Процесс формирования защитного покрытия происходит при нанесении жидкого материала на поверхность и последующего отверждения с образованием защитного слоя определенной толщины.

Одной из главных составляющих процесса при этом является нанесение лакокрасочных материалов на поверхность. От способа нанесения материалов на поверхность изделий во многом зависит качество получаемого покрытия и технико-экономические показатели процесса.

По своему назначению теплозащитное покрытие внутренней поверхности ракетных двигателей является многофункциональным и выполняет следующие назначения:
- тепловая защита металла корпуса от воздействия высокой температуры в процессе работы двигателя;
- крепление состава топлива к корпусу двигателя и защита от температурных деформаций на границе соединения защитного слоя со смесью топлива, связанных с различными коэффициентами теплового расширения металла корпуса и состава топлива.

Защитное покрытие внутренней поверхности корпусов ракетных двигателей должно быть сплошным, газонепроницаемым, иметь необходимую адгезию к металлу корпуса и материалу топлива, обладать необходимой прочностью, упругостью, морозостойкостью, отвечать требованиям по толщине и массе. В производстве реактивных снарядов, работающих на твердом смесевом топливе, для защиты внутренней поверхности корпусов двигателей применяют композиционные материалы на основе низкомолекулярных каучуков с исходной вязкостью при температуре +20^oС 3100-3400 П. Требования к покрытию по сплошности, газонепроницаемости, толщине и массе в основном обеспечиваются технологией нанесения и отверждения покрытия н ее техническим уровнем исполнения.

При нанесении защитного покрытия толщиной 0,3-5 мм на основе низкомолекулярного каучука с исходной вязкостью композиционного материала при температуре +20^oC 3100-3400 П возникают большие трудности в получении равномерного по толщине и сплошности покрытия по периметру и на всей длине корпуса двигателя.

Проведенный анализ известных способов нанесения композиционных материалов показывает, что нанесение качественного покрытия толщиной 0,3-5 мм возможно лишь на основе нового способа нанесения с использованием объемного дозирования материала на единицу покрываемой поверхности с соблюдением при этом определенной зависимости скорости вращения корпуса при нанесении, скорости перемещения дозатора за один оборот вращения корпуса, скорости движения поршня дозатора в единицу времени.

Известен способ нанесения теплозащитного покрытия на внутреннюю поверхность трубы (патент США 4515832, "Изобретения стран мира" вып.20, 1985, 12, стр. 49, MKИ 3 B 05 D 7/22), согласно которому композицию определенной массы готовят непосредственно в трубе при ее вращении вокруг горизонтальной оси.

Однако этот способ исключает возможность нанесения композиции, которая требует в процессе изготовления постоянного вакуумирования, нагрева и тщательного перемешивания.

Таким образом, задачей данного аналога является нанесение теплозащитного покрытия без предъявления требований по качественному перемешиванию композиции с удалением газовых включений из состава и получения сплошного без пор покрытия.

Известен также способ формирования теплозащитного покрытия корпусов двигателей, включающий нагрев корпуса до t=+60-100^oC, нанесение композиции на основе низкомолекулярного каучука с наполнителями и отвердителями, вращение корпуса со скоростью 800-1300 об/мин при температуре t=+80-120^oС в течение 10-35 мин и отверждение при температуре t=+120-135^oС в течение 3-8 часов (патент РФ 2117811, МПК 6 F 02 K 9/34 по заявке 96122302/06 от 21.11.96), принятый авторами за прототип.

В соответствии с прототипом на корпус двигателя наносят композицию на основе полидивинилэпоксиуретанового каучука с исходной вязкостью при t=+20^oC 3100-3400 П, предварительно приготовленную по специальной технологии с постоянным вакуумированием и перемешиванием при температуре t=+60-100^oС, отдозированную по весу, которую первоначально заливают во внутрь корпуса двигателя, затем вручную скребком-шпателем или щеткой распределяют по всей длине корпуса с проворачиванием корпуса на опорных роликах вокруг продольной оси, а окончательное разравнивание и уплотнение нанесенного слоя производят при вращении корпуса двигателя со скоростью 800-1300 об/мин, с нагревом до температуры t=+80-120^oC в течение 10-35 мин.

Задачей прототипа является нанесение сплошного покрытия без предъявления жестких требований по толщине, к повышению производительности и технико-экономической эффективности процесса. Общими признаками с заявляемым техническим решением являются наличие композиции на основе полидивинилэпоксиуретанового каучука с исходной вязкостью при t=+20^oС 3100-3400 П, вращение корпуса двигателя и последующее отверждение при температуре t=+120-135^oС.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа формирования теплозащитного покрытия корпусов ракетных двигателей равной толщины по всему периметру и на всей длине корпуса в зависимости от его назначения в пределах 0,3-5 мм, обеспечивающего повышение производительности и технико-экономической эффективности процесса и выполнение предъявленного комплекса технических требований и, как следствие, надежное функционирование изделия.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе, включающем нанесение на внутреннюю поверхность корпуса двигателя композиции на основе полидивинилэпоксиуретанового каучука с исходной вязкостью 3100-3400 П при температуре t=+20^oС, вращение корпуса двигателя и последующее отверждение, особенность заключается в том, что композицию на основе полидивинилэпоксиуретанового каучука наносят поперечно-винтовой укладкой объемной дозы на единицу покрываемой поверхности по линейному закону слоем толщиной 0,3-5 мм за один оборот корпуса двигателя, который вращают со скоростью 12-32 об/мин, дозатор нагревают до температуры t= +60-80^oC и перемещают внутри корпуса двигателя со скоростью 12-18 мм за один оборот, а поршень в цилиндре дозатора перемещают соответственно со скоростью, зависящей от элементарного объема композиции, определяемого толщиной слоя, наносимого на единицу покрываемой поверхности, причем после нанесения композиции вращение корпуса двигателя осуществляется со скоростью 650-750 об/мин в течение 5-8 мин.

Новая совокупность существенных признаков, а также наличие взаимосвязей между ними позволяет, в частности, за счет:
- нанесения композиции поперечно-винтовой укладкой объемной дозы слоем толщиной 0,3-5 мм за один оборот корпуса двигателя на единицу покрываемой поверхности получить сплошной слой покрытия равномерной толщины для корпусов двигателей различного назначения;
- вращения корпуса двигателя со скоростью 12-32 об/мин, а также перемещения дозатора внутри корпуса со скоростью 12-18 мм за один оборот получить сплошное покрытие на поверхности, причем при скорости вращения менее 12 об/мин и скорости перемещения менее 12 мм за один оборот происходит образование наплывов покрытия, а при скорости вращения более 32 об/мин и скорости перемещения более 18 мм за один оборот происходит разрыв струи выдавливаемой композиции и образование неравномерного с пропусками покрытия;
- нагрева дозатора до температуры t=+60-80^oС получить стабильные характеристики истекающей из сопла дозатора композиции в процессе нанесения покрытия, причем при температуре менее +60^oС повышается вязкость и нарушается равномерность струи выдавливаемой композиции, а при температуре более +80^oС происходит выделение летучих компонентов, что приводит к образованию газовых включений в покрытии;
- перемещения поршня в цилиндре дозатора со скоростью, зависящей от элементарного объема композиции на единицу покрываемой поверхности, получить покрытие требуемой толщины;
- вращения корпуса двигателя со скоростью 650-750 об/мин в течение 5-8 мин после нанесения композиции получить равномерно уплотненное покрытие, при вращении корпуса двигателя со скоростью менее 650 об/мин и времени менее 5 мин не обеспечивается удаление газовых включений из покрытия, а при вращении корпуса двигателя со скоростью более 750 об/мин и времени более 8 мин наблюдается влияние погрешностей геометрической формы корпуса двигателя, приводящей к нарушению равномерности толщины покрытия под воздействием центробежной силы.

Сущность изобретения заключается в том, что теплозащитное покрытие на внутренней поверхности корпусов двигателей в зависимости от их назначения толщиной 0,3-5 мм на основе полидивинилэпоксиуретанового каучука с исходной вязкостью при температуре +20^oС 3100-3400 П формируют по линейному закону объемным дозированием материала на единицу покрываемой поверхности с поперечно-винтовой укладкой объемной дозы композиции на внутреннюю поверхность корпуса за один оборот вращающегося корпуса. В способ формирования теплозащитного покрытия включен нагрев корпуса дозатора до температуры t=+60-80^oС, вращение корпусов двигателей со скоростью 12-32 об/мин, перемещение дозатора внутри корпусов двигателей со скоростью 12-18 мм за один оборот вращения корпусов, движение поршня в цилиндре дозатора, формирующего объем струи из сопла дозатора со скоростью, зависящей от объема композиции, определяемого толщиной слоя, наносимого на единицу покрываемой поверхности, вращение двигателей после нанесения композиции со скоростью 650-750 об/мин в течение 5-8 мин для дополнительного уплотнения нанесенного слоя.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемый способ формирования теплозащитного покрытия на внутренней поверхности корпусов двигателей отличается от прототипа тем, что нанесение композиции на внутреннюю поверхность корпусов двигателей производится из дозатора с рабочим объемом, равным общему объему наносимой композиции на всю поверхность корпуса двигателя путем выдавливания элементарной объемной дозы за один оборот вращающегося корпуса, с укладкой выданной дозы по винтовой линии на поверхности корпуса двигателя. При этом скорость вращения двигателей, скорость перемещения дозатора внутри корпусов, скорость движения поршня дозатора, формирующего объем струи композиции, выходящей из сопла дозатора, жестко увязаны кинематической связью, чем обеспечивается строго регламентированное по толщине и массе нанесение покрытия, в зависимости от назначения двигателя, толщиной 0,3-5 мм по всему периметру и на всей длине корпусов двигателей. Поэтому данное техническое решение отвечает критерию "Новизна".

Исследуя уровень техники в процессе проведения патентного поиска по всем видам сведений, общедоступных в печати, авторы обнаружили, что заявленное техническое решение "Способ формирования теплозащитного покрытия корпусов ракетных двигателей" для специалиста явным образом не следует из известного на сегодняшний день существующего уровня техники, поэтому можно сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию "Изобретательский уровень".

Способ осуществляют следующим образом. Покрытие толщиной 0,3 мм формируют на внутренней поверхности корпусов двигателей диаметром 100-120 мм. Композицию на основе полидивинилэпоксиуретанового каучука с исходной вязкостью при температуре +20^oС 3100-3400 П, приготовленную с постоянным вакуумированием, перемешиванием и нагревом до температуры t=+60-80^oC, заливают в предварительно подогретый до температуры t=+60-80^oС дозатор. Затем дозатор вводят внутрь корпуса двигателя, вращающегося со скоростью 32 об/мин, и перемещают внутри его со скоростью 12 мм за один оборот двигателя, одновременно перемещают поршень в цилиндре дозатора. Скорость перемещения поршня, формирующего объем струи из сопла дозатора, устанавливают в зависимости от элементарного объема композиции, определяемого толщиной слоя, наносимого на единицу покрываемой поверхности. Элементарная объемная доза композиции при этом наносится по линейному закону поперечно-винтовой укладкой на единицу покрываемой поверхности и далее по всему периметру и на всей длине корпуса двигателя. После нанесения композиции для удаления газовых включений в сформированном слое и его уплотнения корпус вращают со скоростью 650 об/мин в течение 5 мин. Отверждение покрытия производят при температуре t=+120-135^oС в течение 3 часов.

Аналогично формируют теплозащитное покрытие, например, толщиной 5 мм на корпусах двигателей с внутренним диаметром 250-310 мм, при этом объем дозатора определяют исходя из общего объема композиции, наносимого на всю поверхность корпуса двигателя.

Режим вращения корпуса, перемещения дозатора и вращения после нанесения покрытия выбирают соответственно 12 об/мин, 18 мм/об, 750 об/мин.

Формирование теплозащитного покрытия по предлагаемому способу позволяет получить покрытие равной толщины в пределах 0,3-5 мм по всему периметру и на всей длине корпуса, в зависимости от его назначения, обеспечивает повышение производительности в 4-6 раз и технико-экономической эффективности процесса в 3-4 раза, а также надежность функционирования изделия на 10-15%. Изобретение может быть использовано при защите внутренней поверхности корпусов двигателей реактивных снарядов систем залпового огня, работающих под воздействием высокой температуры, давления и большой скорости истечения продуктов горения. Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов ракетных двигателей с покрытием, выполненным в соответствии с изобретением.

В настоящее время разработана нормативно-техническая документация, проведены испытания, намечено серийное производство изделий с покрытием, сформированным по указанному способу.

Изобретение относится к производству ракетных двигателей и может найти применение при защите внутренней поверхности корпусов двигателей реактивных снарядов систем залпового огня, работающих под воздействием высокой температуры, давления и большой скорости истечения продуктов горения. Способ формирования теплозащитного покрытия корпусов ракетных двигателей включает нанесение на внутреннюю поверхность корпуса двигателя композиции на основе полидивинилэпоксиуретанового каучука с исходной вязкостью 3100-3400 П при температуре +20^oС, вращение корпуса двигателя и последующее отверждение. Композицию на основе полидивинилэпоксиуретанового каучука наносят поперечно-винтовой укладкой объемной дозы по линейному закону на единицу покрываемой поверхности толщиной 0,3-5 мм за один оборот корпуса двигателя, который вращают со скоростью 12-32 об/мин. Дозатор нагревают до температуры +60-80^oС и перемещают внутри корпуса двигателя со скоростью 12-18 мм за один оборот. Поршень в цилиндре дозатора перемещают соответственно со скоростью, зависящей от элементарного объема композиции, определяемого толщиной слоя, наносимого на единицу покрываемой поверхности. После нанесения композиции вращение корпуса осуществляют со скоростью 650-750 об/мин в течение 5-8 мин. Изобретение позволяет получить покрытие равномерной толщины в пределах 0,3-5 мм по всему периметру и на всей длине корпуса, в зависимости от его назначения, обеспечивает повышение производительности в 4-6 раз и технико-экономической эффективности процесса в 3-4 раза, а также повышает надежность функционирования изделия на 10-15%.

Способ формирования теплозащитного покрытия корпусов ракетных двигателей, включающий нанесение на внутреннюю поверхность корпуса композиции на основе полидивинилэпоксиуретанового каучука с исходной вязкостью 3100-3400 П при температуре +20^oС, вращение корпуса двигателя и последующее отверждение, отличающийся тем, что композицию на основе полидивинилэпоксиуретанового каучука наносят поперечно-винтовой укладкой объемной дозы по линейному закону на единицу покрываемой поверхности толщиной 0,3-5 мм за один оборот корпуса двигателя, который вращают со скоростью 12-32 об/мин, дозатор нагревают до температуры t= +60-80^oС и перемещают внутри корпуса двигателя со скоростью 12-18 мм за один оборот, а поршень в цилиндре дозатора перемещают соответственно со скоростью, зависящей от элементарного объема композиции, определяемого толщиной слоя, наносимого на единицу покрываемой поверхности, причем после нанесения композиции вращение корпуса осуществляют со скоростью 650-750 об/мин в течение 5-8 мин.