ЗАРЯД СКРЕПЛЕННЫЙ Российский патент 2002 года по МПК F02K9/34 

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании РДТТ с органопластиковым корпусом большого удлинения и прочноскрепленным зарядом, предназначенного для эксплуатации в широком температурном диапазоне.

Известно, что скрепление заряда с корпусом РДТТ повышает энергомассовые характеристики двигателя за счет увеличения коэффициента объемного заполнения и выполнения зарядом функций теплозащиты корпуса. Эти очевидные преимущества могут быть реализованы при комплексном решении научно-технических проблем, проявляющихся при изготовлении, эксплуатации и работе системы "заряд-корпуc", называемой по установившейся терминологии "заряд скрепленный" (другое название - "корпус снаряженный"). К таким проблемам относятся вопросы:
совместной полимеризации при изготовлении;
совместного напряженно-деформированного состояния при различных видах температурных и механических нагружений;
адгезии материалов;
стабильности физико-механических и физико-химических характеристик (особенно по границам между разнородными материалами).

Расширение температурного диапазона эксплуатации (±50^oС), требующееся для многих типов РДТТ, обостряет перечисленные проблемы за счет:
- интенсификации напряженно-деформированного состояния от температурных нагружений;
- необходимости специфического изменения рецептур на материалы с целью обеспечения их работоспособности в указанном температурном диапазоне, а также, сокращения (за счет невозможности эксплуатации в широком температурном диапазоне) номенклатуры материалов, обеспечивающих работоспособность изделия.

Топлива, допускающие эксплуатацию в широком температурном диапазоне, имеют специфические рецептуру и свойства. Эти топлива характеризуются пониженной адгезией с материалами теплозащиты и, соответственно, требуют специальных рецептур теплозащитных покрытий (ТЗП), совместимых с такими топливами. Наиболее распространены заряды скрепленные из этих топлив, имеющие металлические корпуса, т.к. металл является надежным барьерным слоем, препятствующим миграции пластификатора из массы заряда. Вопросы миграции пластификатора сдерживают внедрение органопластиковых корпусов в РДТТ, эксплуатирующихся в широком температурном диапазоне, т.к. известные барьерные слои из фторсодержащих резин имеют высокую температуру стеклования, не допускающую их использование при температурах до минус 50^oС. Изготовление и эксплуатация заряда скрепленного без барьерного слоя могут быть сопряжены со снижением надежности и ухудшением энергомассовых характеристик РДТТ. Процесс миграции пластификатора в слои ТЗП приводит к уменьшению концентрации пластификатора в пристеночных слоях заряда. Следствием этого является увеличение скорости горения топлива в пристеночном слое; снижение физико-механических характеристик органопластикового корпуса при проникновении пластификатора в органопластик.

Большое удлинение корпуса РДТТ накладывает свои особенности на специфику заряда скрепленного. Вследствие того, что для многих зарядов с большим удлинением диаметр критического сечения сопла больше диаметра канала заряда, однозначно определяется оптимальная форма такого заряда (канально-щелевой заряд с задним расположением щелей). При этом отметим, что толщина горящего свода задней (щелевой) части заряда существенно меньше, чем в передней (канальной) части. Это означает, что сзади горящий свод при работе быстро выходит на внутреннюю поверхность корпуса, играющую в дальнейшем роль газовода с большой скоростью газового потока, и, как следствие, вызывает необходимость усиленной эрозионной и тепловой защиты.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является схема заряда скрепленного РДТТ [Липанов А.М., Алиев А.В. Проектирование ракетных двигателей твердого топлива: Учебник для студентов вузов: М.: Машиностроение, 1995.- 400 с.: ил. Рисунок 7.15 (б), с. 241]. Недостатком заряда скрепленного этой схемы при ее использовании для органопластикового корпуса большого удлинения, предназначенного для эксплуатации в широком температурном диапазоне, является необходимость решения вышеперечисленных проблем.

Технической задачей настоящего изобретения является снижение массы и повышение надежности.

Решение этой задачи в известном заряде скрепленном, содержащем органопластиковый корпус большого удлинения с внутренним ТЗП и прочноскрепленным с ним канально-щелевым зарядом с щелями в задней части, изготовленным из топлива, содержащего пластификатор, причем, скрепленный с зарядом слой ТЗП также содержит пластификатор, достигается тем, что скрепленный с зарядом слой ТЗП по длине корпуса разделен на две части, одна из которых, расположенная напротив щелей заряда, содержит механические включения асбоволокна, кроме того, в задней части корпуса ТЗП содержит эрозионно-стойкие слои (например, покрытую резиной асболавсановую ткань). Между слоем ТЗП, содержащим пластификатор, и органопластиковым корпусом расположен слой резины, не содержащей пластификаторов и механических включений. Эрозионно-стойкие слои взаимоперекрыты внахлест.

Технический результат достигается за счет того, что введение в состав контактирующего с зарядом слоя ТЗП пластификаторов обеспечивает близость характеристик ТЗП к характеристикам заряда, улучшая тем самым совместимость этих материалов и их адгезию. Насыщенность пластификатором слоя ТЗП снижает степень миграции пластификатора из заряда. Надежная адгезия органопластика с сильно пластифицированной резиной обеспечивается через слой не пластифицированной резины, одновременно являющийся гермослоем (пластифицированная резина, особенно, с асбовключениями, не является герметичной). Несмотря на то, что данный гермослой не является полноценным барьерным слоем для пластификатора (при изготовлении (полимеризации) и эксплуатации пластификатор постепенно пропитывает этот слой), гермослой существенно снижает уровень миграции из пластифицированного слоя ТЗП. С учетом того, что в задней щелевой части горящий свод заряда при работе быстро выходит на внутреннюю поверхность корпуса, играющую в дальнейшем роль газовода с большой скоростью газового потока, уносы пластифицированной резины составляли бы неприемлемо большую величину. Введение в пластифицированную резину механических включений асбоволокна на какое-то время задерживает унос (а, значит, и прогрев) ТЗП, но радикально вопрос эрозионной защиты не решает. Эрозионную защиту обеспечивают слои асболавсановой ткани. Теплозащитные свойства такому покрытию и адгезию между слоями обеспечивает покрытие резиной асболавсановой ткани. Благодаря черепицеобразной схеме выкладки (внахлест) воздействию газового потока подвергается только часть эрозионно-стойкого слоя, расположенная на поверхности покрытия, нижележащего по потоку. Даже после полной прококсовки этой выступающей в поток части и, следовательно, потери адгезии она продолжает некоторое время удерживаться за счет скрепления с такой же частью соседнего эрозионно-стойкого слоя, расположенной выше по потоку и заглубленной под вышележащий слой. Такая схема обеспечивает меньшую скорость эрозионного разрушения по сравнению с простой послойной выкладкой асбоармированных слоев, поскольку в последнем случае после потери адгезии вследствие прококсовки срыв асбоармированного слоя может наступить немедленно. Кроме того, механический срыв протяженного участка эрозионно-стойкого слоя может захватывать и участки с еще не полностью прококсованным покрытием, что еще более ускоряло бы процесс разрушения ТЗП, выполненного простой послойной выкладкой по сравнению с ТЗП предлагаемой схемы.

Описанная структура теплозащитного покрытия при минимальных толщинах и массе обеспечивает надежную работоспособность заряда скрепленного с органопластиковым корпусом большого удлинения при всех режимах изготовления и эксплуатации. Указанное техническое решение неизвестно из патентной и технической литературы.

Изобретение поясняется следующим графическим материалом.

На фиг.1 показан продольный разрез заряда скрепленного.

На фиг.2 показана структурная схема теплозащитного покрытия (выноски А и В фиг.1).

Заряд скрепленный содержит органопластиковый корпус 1 большого удлинения с внутренним ТЗП и прочноскрепленный с ним канально-щелевой заряд 2 с щелями 3 в задней части. Заряд 2 изготовлен из топлива, содержащего пластификатор. Скрепленный с топливом (зарядом 2) слой ТЗП (разбитый на две части 4 и 5) насыщен пластификатором (марка пластификатора ТЗП может отличаться от марки пластификатора топлива). Напротив щелей 3 заряда 2 часть 5 пластифицированного слоя ТЗП для повышения эрозионной стойкости содержит механические включения асбоволокна (выноска В, фиг.2). Эта часть 5 ТЗП своей второй стороной скреплена с эрозионно-стойкими слоями 6. Эрозионно-стойкие слои 6 представляют собой асболавсановую ткань, скрепленную с двух сторон с резиной (не пластифицированной). Слои 6 внахлест взаимоперекрывают друг друга. Адгезия слоя 4 ТЗП, содержащего пластификатор, с органопластиковым корпусом 1 обеспечивается слоем резины 7, не содержащим пластификаторов и механических включений. Слой 7 проходит по всей длине корпуса 1 (перекрывая как пластифицированный слой 4 (выноска А, фиг. 2), так и эрозионно-стойкий слой 6 (выноска В, фиг.2), обеспечивая тем самым герметичность (газонепроницаемость) корпуса 1.

Устройство работает следующим образом.

При изготовлении заряда скрепленного (совместной полимеризации) обеспечивается надежная адгезия слоев и наблюдаются процессы взаимообмена пластификаторами пристеночного слоя заряда 2 и пластифицированного слоя 4 и 5 ТЗП, а также незначительная миграция пластификатора из слоя 4 в слой 7 и из слоя 5 в слой 6. При этом сводятся к минимуму такие негативные явления, как обеднение пластификатором пристеночного слоя заряда 2 и проникновение пластификатора в материал органопластика 1.

При эксплуатации и длительном хранении заряда скрепленного скорость дальнейших процессов выравнивания концентрации пластификаторов при миграции составляет величину, обеспечивающую работоспособность изделия в течение гарантийного срока.

После запуска РДТТ, в состав которого входит заряд скрепленный, щели 3 заряда 2 при своем выгорании быстро открывают поверхность ТЗП 5. Вследствие большого удлинения корпуса 1 (и, соответственно, канальной части заряда 2) канальная часть заряда 2 формирует высокоскоростной газовый поток, оказывающий интенсивное эрозионное и тепловое воздействие на открывшуюся часть 5 ТЗП. При этом слой 5 ТЗП быстро уносится и наблюдается интенсивная прококсовка слоев 6 и, как следствие, расслоение этих слоев в той их части, которая выступает в поток. Отслоившиеся части асболавсановой ткани продолжают обеспечивать эрозионную защиту не выступающих в поток частей слоев 6, "живая" резина которых обеспечивает как теплозащиту, так и надежное скрепление слоев 6 ТЗП (газовый поток, воздействующий на выступающие прококсованные законцовки слоев 6, не может вырвать какой-либо из этих слоев, монолитно скрепленных "живой" резиной).

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения заключается в снижении массы и повышении надежности заряда скрепленного.

Заряд скрепленный ракетного двигателя твердого топлива содержит органопластиковый корпус большого удлинения с внутренним теплозащитным покрытием и прочно скрепленный с ним канально-щелевой заряд с щелями в задней части, изготовленный из топлива, содержащего пластификатор, причем скрепленный с зарядом слой теплозащитного покрытия также содержит пластификатор. Скрепленный с зарядом слой теплозащитного покрытия по длине корпуса разделен на две части, одна из которых, расположенная напротив щелей заряда, содержит механические включения асбоволокна. В задней части корпуса теплозащитное покрытие содержит эрозионно-стойкие слои (например, покрытую резиной асболавсановую ткань). Между слоем теплозащитного покрытия, содержащим пластификатор, и органопластиковым корпусом расположен слой резины, не содержащей пластификаторов и механических включений. Изобретение позволяет снизить массу и повысить надежность скрепленного заряда. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Заряд скрепленный, содержащий органопластиковый корпус большого удлинения с внутренним теплозащитным покрытием и прочно скрепленный с ним канально-щелевой заряд с щелями в задней части, изготовленный из топлива, содержащего пластификатор, причем скрепленный с зарядом слой теплозащитного покрытия также содержит пластификатор, отличающийся тем, что скрепленный с зарядом слой теплозащитного покрытия по длине корпуса разделен на две части, одна из которых, расположенная напротив щелей заряда, содержит механические включения асбоволокна, кроме того, в задней части корпуса теплозащитное покрытие содержит эрозионно-стойкие слои (например, покрытую резиной асболавсановую ткань), при этом между слоем теплозащитного покрытия, содержащим пластификатор, и органопластиковым корпусом расположен слой резины, не содержащей пластификаторов и механических включений. 2. Заряд скрепленный по п. 1, отличающийся тем, что эрозионно-стойкие слои взаимно перекрыты внахлест.