СПОСОБ ЗАЩИТЫ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ КОРПУСА РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2004 года по МПК F02K9/34 

Изобретение относится к области производства ракетных двигателей и может найти применение при защите внутренней поверхности корпусов ракетных двигателей реактивных снарядов систем залпового огня, работающих на твердом топливе, под воздействием повышенных температур, давления и скоростных потоков истекающих продуктов горения.

В машиностроении под понятием "защитное покрытие" понимают применяемый материал и способ его нанесения, обеспечивающие получение технических характеристик (толщина, сплошность, долговечность и др.), которые предъявляются к покрытию условиями эксплуатации.

От способа нанесения защитных материалов на поверхность изделий во многом зависит качество получаемого покрытия и технико-экономические показатели процесса. Защитное покрытие внутренней поверхности ракетных двигателей, работающих на твердом топливе, обеспечивает защиту металла корпуса двигателя от воздействия повышенных температур в процессе работы двигателя, а также скоростных потоков истекающих продуктов горения.

Исходя из выполняемых функций защитное покрытие внутренней поверхности корпуса ракетного двигателя называют теплозащитным покрытием.

Под термином "теплозащитное покрытие" в предлагаемом техническом решении необходимо понимать применяемый материал для защиты, технологические приемы и режимы его нанесения на внутреннюю поверхность корпуса ракетного двигателя.

Известен способ нанесения защитного покрытия на внутреннюю поверхность изделия (см. книгу ″Методы окраски промышленных изделий″, авторы: В.Л.Гоц, В.Н.Ратников и др., Москва, Химия, 1975 г., стр.165). В соответствии с известным способом при нанесении покрытия избыточное количество наносимого материала подают на покрываемую поверхность наливом и распределяют по поверхности вращением изделия. При этом изделие нагревают до определенной температуры. Затем излишки сливают с покрываемой поверхности и покрытие отверждают. Но при таком способе не удается получить одновременно требуемую точность по массе, толщине и качеству защитного покрытия, а условием распределения покрытия по поверхности является необходимость вращения изделия.

Задачей данного технического решения являлось создание способа, позволяющего получать защитное покрытие на внутренней поверхности изделий в условиях вращения изделия без предъявления требований по одновременному обеспечению требуемой точности по массе, толщине и качеству защитного покрытия.

Общими признаками с предлагаемым авторами способом защиты внутренней поверхности является нанесение защитного покрытия на внутреннюю поверхность изделия и термообработку.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является способ защиты внутренней поверхности корпусов ракетных двигателей, включающий размещение теплозащитного материала на основе полидивинилэпоксиуретанового каучука с наполнителями и отвердителями на внутренней поверхности корпуса, формование, термообработку в течение 3-8 часов и вращение изделия в процессе нанесения покрытия (см. патент РФ №2117811, опубл. 20.08.1998 г.), принятый авторами за прототип.

Как видно из этого технического решения, способ позволяет получать защитное покрытие (защитно-крепящий слой) на основе полидивинилэпоксиуретанового каучука с наполнителями и отвердителями на внутренней поверхности ракетных двигателей, работающих на твердом смесевом топливе, прочно скрепленном с корпусом. Такое защитное покрытие (защитно-крепящий слой) ракетных двигателей, работающих на твердом смесевом топливе, обеспечивает защиту корпуса двигателя при непродолжительном воздействии высокотемпературных скоростных газовых потоков. Поскольку в теплозащитное покрытие вводят стойкие к воздействию температур наполнители и компоненты, существенно влияющие на вязкость получаемой массы, то в процессе вращения изделия не удается получить их равномерное распределение по покрываемой поверхности, следовательно, не удается получить и требуемые теплофизические характеристики покрытия. Кроме того, для обеспечения заданных режимов вращения в известном способе требуется применение сложного оборудования, что существенно снижает его технико-экономические характеристики.

Создание более эффективных реактивных снарядов систем залпового огня с увеличенным сроком функционирования изделий, с использованием более калорийных твердых топлив связано с разработкой эрозионностойких теплозащитных покрытий с более равномерным распределением теплостойкого наполнителя в покрытии, то есть с более высокими теплофизическими характеристиками, а применение двигателей с вкладными зарядами твердого топлива приводит к тому, что высокотемпературные скоростные газовые потоки омывают поверхность теплозащитного покрытия в течение всего времени работы двигателя, поэтому теплозащитное покрытие находится в более тяжелых теплонапряженных условиях и более длительное время.

К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата при использовании известного способа, принятого авторами за прототип, относится то, что его применение позволяет получать теплозащитное покрытие на основе полидивинилэпоксиуретанового каучука на внутренней поверхности корпусов ракетных двигателей, работающих на твердом смесевом топливе, прочно скрепленном с корпусом, но такой способ не обеспечивает требуемых теплофизических характеристик покрытия при работе в условиях воздействия высокоскоростных газовых потоков в течение всего времени работы ракетного двигателя с вкладными зарядами твердого топлива.

Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) является нанесение теплозащитного материала на основе полидивинилэпоксиуретанового каучука с наполнителями и отвердителями на внутренней поверхности корпусов ракетных двигателей, работающих на твердом смесевом топливе, прочно скрепленном с корпусом в процессе вращения изделия, без обеспечения теплофизических характеристик покрытия, требуемых при работе в условиях воздействия высокоскоростных газовых потоков в течение всего времени работы ракетного двигателя с вкладными зарядами твердого топлива.

Общими признаками с предлагаемым авторами способом защиты внутренней поверхности корпусов ракетных двигателей являются размещение теплозащитного материала на внутренней поверхности корпуса, формование и термообработка.

В отличие от прототипа в предлагаемом авторами способе защиты внутренней поверхности корпусов ракетных двигателей к предварительно подготовленной внутренней поверхности корпуса двигателя приклеивают полуфабрикат материала "АФК" (полуфабрикат материала "АФК" представляет собой асбестовую ткань, пропитанную связующим), фиксируют его эластичной оправкой с толщиной оболочки 2,5-3,0 мм при давлении 2-4 кг/см² в течение 2-3 мин, после фиксации полуфабрикат материала "АФК" предварительно формуют эластичной оправкой с толщиной оболочки 5-6 мм в течение 1,0-1,5 часа при давлении 6-7 кг/см² и температуре 100-110°С, а окончательное формование осуществляют полужесткой оправкой в процессе отверждения в течение 2-3 часов при давлении 6-8 кг/см² и температуре 170-175°С.

В частных случаях, то есть в конкретных формах выполнения, изобретение характеризуется следующими признаками:

- эластичная оправка выполнена из резины,

- полужесткая оправка выполнена из фторопласта.

Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, во всех случаях достаточны.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа нанесения теплозащитного покрытия на внутреннюю поверхность корпусов ракетных двигателей, обеспечивающего требуемые теплофизические характеристики покрытия при работе в условиях воздействия высокоскоростных газовых потоков в течение всего времени работы ракетного двигателя с вкладными зарядами твердого топлива.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе, включающем размещение теплозащитного материала на внутренней поверхности корпуса, формование и термообработку, особенность заключается в том, что к предварительно подготовленной внутренней поверхности корпуса двигателя приклеивают полуфабрикат материала "АФК", фиксируют его эластичной оправкой с толщиной оболочки 2,5-3,0 мм при давлении 2-4 кг/см² в течение 2-3 мин, после фиксации полуфабрикат материала "АФК" предварительно формуют эластичной оправкой с толщиной оболочки 5-6 мм в течение 1,0-1,5 часа при давлении 6-7 кг/см² и температуре 100-110°С, а окончательное формование осуществляют полужесткой оправкой в процессе отверждения в течение 2-3 часов при давлении 6-8 кг/см² и температуре 170-175°С.

Новая совокупность существенных признаков, использование новых операций и приемов, новые температурные и временные режимы, а также наличие взаимосвязей между ними позволяют, в частности, за счет:

- приклеивания к предварительно подготовленной внутренней поверхности корпуса двигателя и удержания полуфабриката материала "АФК" эластичной оправкой с толщиной стенки 2,5-3,0 мм в течение 2-3 мин, давлении внутри оправки 2-4 кг/см² обеспечить предварительную фиксацию, при толщине оболочки менее 2,5 мм, давлении менее 2 кг/см² и времени опрессовки менее 2 мин наблюдается недостаточная фиксация слоев полуфабриката материала "АФК", при толщине оболочки более 3,0 мм, давлении более 4 кг/см² и времени опрессовки более 3 мин происходит повышенный износ материала оправки, сокращается кратность ее применения, увеличивается продолжительность технологического процесса, и соответственно, ухудшаются технико-экономические характеристики покрытия,

- предварительного формования "АФК" эластичной оправкой с толщиной стенки 5-6 мм при давлении внутри оправки 6-7 кг/см² и температуре 100-110°С в течение 1,0-1,5 часа обеспечить требуемую степень деформации полуфабриката материала "АФК", а за счет принятой последовательности операций процесса исключить образование выступа по нахлесту, кроме того, выбранные параметры и режимы позволяют использовать эластичные оправки многократно, при толщине оболочки менее 5 мм, давлении более 7 кг/см², температуре более 110°С и времени опрессовки более 1,5 часа происходит повышенный износ материала оправки, сокращается кратность ее применения, увеличивается продолжительность технологического процесса, и соответственно, ухудшаются технико-экономические характеристики покрытия, при толщине оболочки более 6 мм, давлении менее 6 кг/см², температуре менее 100°С и времени опрессовки менее 1,0 часа происходит ухудшение качества покрытия за счет образования неоднородностей в покрытии, не обеспечивается требуемая степень деформации полуфабриката материала "АФК",

- окончательного формования полужесткой оправкой в процессе отверждения в течение 2-3 часов при давлении внутри оправки 6-8 кг/см² и температуре 170-175°С получить окончательно сформированное теплозащитное покрытие, при отверждении в течение менее 2 часов, давлении внутри оправки менее 6 кг/см² и температуре менее 170°С не происходит требуемого уплотнения материала покрытия, при отверждении в течение более 3 часов, давлении внутри оправки более 8 кг/см² и температуре более 175°С происходит повышенный износ оправки, сокращается кратность ее применения, увеличивается продолжительность технологического процесса, и соответственно, ухудшаются технико-экономические характеристики покрытия.

Признаки, характеризующие изобретение в конкретных формах выполнения, позволяют, в частности, за счет:

- выполнения эластичной оправки из резины повысить экономическую эффективность способа и кратность ее использования,

- выполнения полужесткой оправки из фторопласта повысить качество поверхности теплозащитного покрытия и долговечность оправки.

Признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и не известны из уровня техники в процессе проведения патентных исследований, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

Исследуя уровень техники в процессе проведения патентного поиска по всем видам сведений, общедоступных в печати, обнаружено, что предлагаемое техническое решение явным образом не следует из известного на сегодня уровня техники, следовательно, можно сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения заключается в том, что способ защиты внутренней поверхности корпусов ракетных двигателей, включающий размещение теплозащитного материала на внутренней поверхности корпуса, формование и термообработку, в отличие от прототипа, согласно изобретению к предварительно подготовленной внутренней поверхности корпуса двигателя приклеивают полуфабрикат материала "АФК", фиксируют его эластичной оправкой с толщиной оболочки 2,5-3,0 мм при давлении 2-4 кг/см² в течение 2-3 мин, после фиксации полуфабрикат материала "АФК" предварительно формуют эластичной оправкой с толщиной оболочки 5-6 мм в течение 1,0-1,5 часа при давлении 6-7 кг/см² и температуре 100-110°С, а окончательное формование осуществляют полужесткой оправкой в процессе отверждения в течение 2-3 часов при давлении 6-8 кг/см² и температуре 170-175°С.

Способ осуществляют следующим образом.

К предварительно подготовленной внутренней поверхности корпуса приклеивают, например, клеем ВК-32-200В полуфабрикат материала "АФК", выложенный по внутренней поверхности и прокатанный роликом по нахлесту краев и швов вдоль образующей. Для фиксации полуфабриката материала "АФК" на корпусе двигателя вводят эластичную, оправку с толщиной оболочки 2,5-3,0 мм. Под давлением сжатого воздуха 2-4 кг/см², подаваемого в оправку, в течение 2-3 мин поджимают полуфабрикат материала "АФК" к корпусу по всей поверхности, такая фиксация необходима для беспрепятственного ввода эластичной и полужесткой оправок во внутрь изделия при выполнении последующих приемов формования и отверждения материала "АФК". После выполнения этого приема производят предварительное формование "АФК" эластичной оправкой с толщиной оболочки 5-6 мм при давлении сжатого воздуха внутри оправки 6-7 кг/см² и температуре 100-110°С в течение 1,0-1,5 часа. Под действием температуры 100-110°С происходит размягчение материала "АФК", а от усилия, развиваемого эластичной оправкой, при давлении 6-7 кг/см² происходят формование материала с его уплотнением и предварительное продавливание шва внахлесте стыка краев полуфабриката материала "АФК". Далее температуру и давление сбрасывают, эластичную оправку извлекают из корпуса и производят окончательное формование и отверждение теплозащитного покрытия полужесткой оправкой при давлении сжатого воздуха внутри оправки 6-8 кг/см² и температуре 170-175°С в течение 2-3 часов. При этом материал "АФК" окончательно уплотняется по всей поверхности корпуса, а в местах нахлеста материал "АФК" продавливается до требуемой толщины, практически равной толщине слоя по всему внутреннему диаметру корпуса, обеспечивая тем самым заданный внутренний объем корпуса двигателя.

Использование предлагаемого способа позволяет обеспечить требуемые теплофизические характеристики при функционировании в условиях воздействия высокоскоростных газовых потоков в течение всего времени работы ракетного двигателя с вкладными зарядами твердого топлива, повысить надежности функционирования изделия, а также повысить технико-экономические характеристики покрытия.

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 с сохранением заданного объема корпуса двигателя, работающих на вкладных зарядах твердого топлива.

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 по предложенному способу.

Способ защиты внутренней поверхности корпуса ракетного двигателя включает размещение теплозащитного материала на внутренней поверхности корпуса, формование и термообработку. К предварительно подготовленной внутренней поверхности корпуса двигателя приклеивают асбестовую ткань, пропитанную связующим, и фиксируют ее эластичной оправкой, после фиксации ее предварительно формуют эластичной оправкой, окончательное формование осуществляют полужесткой оправкой в процессе отверждения. Изобретение обеспечивает требуемые теплофизические характеристики в течение всего времени работы ракетного двигателя с вкладными зарядами твердого топлива. 2 з.п.

1. Способ защиты внутренней поверхности корпусов ракетных двигателей, включающий размещение теплозащитного материала на внутренней поверхности корпуса, формование и термообработку, отличающийся тем, что к предварительно подготовленной внутренней поверхности корпуса двигателя приклеивают полуфабрикат материала "АФК", представляющий собой асбестовую ткань, пропитанную связующим, фиксируют его эластичной оправкой с толщиной оболочки 2,5-3,0 мм при давлении 2-4 кг/см² в течение 2-3 мин, после фиксации полуфабрикат материала "АФК" предварительно формуют эластичной оправкой с толщиной оболочки 5-6 мм в течение 1,0-1,5 ч при давлении 6-7 кг/см² и температуре 100-110°С, а окончательное формование осуществляют полужесткой оправкой в процессе отверждения в течение 2-3 ч при давлении 6-8 кг/см² и температуре 170-175°С.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что эластичная оправка выполнена из резины.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что полужесткая оправка выполнена из фторопласта.