СПОСОБ СКРЕПЛЕНИЯ БРОНИРОВАННОГО ЗАРЯДА ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА ТОРЦЕВОГО ГОРЕНИЯ С КОРПУСОМ РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2008 года по МПК C06B21/00 C06D5/00 

Патентуемое изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при отработке, проектировании и изготовлении бронированных зарядов твердого ракетного топлива (ТРТ) торцевого горения к ракетным двигателям (РД), газогенераторам (ГГ) и другим энергоисточникам как в ракетной технике, так и в других отраслях промышленности.

Заряды из баллиститного ТРТ или термопластичного смесевого твердого топлива (СТТ), бронированные по торцу и боковой поверхности, как правило, размещаются в камерах сгорания (КС) РД и ГГ в виде свободно вложенных моноблоков. Однако такая схема размещения заряда в КС допустима только для кратковременно работающих устройств (РД, ГГ и др.). При длительном функционировании (ГГ, РД) - более 10...20 с - бронепокрытие свободно вложенного заряда прогорает (из-за перетока продуктов сгорания (ПС) заряда над его боковой поверхностью). Для обеспечения надежности функционирования зарядов, при боевом использовании, такие заряды бронированным торцем скрепляют с передним днищем РД (ГГ). Это позволяет исключить перетоки высокотемпературных газов вдоль боковой бронированной поверхности заряда, предотвратить преждевременный прогар бронепокрытия и тем самым обеспечить как заданный закон газообразования для РД (ГГ), так и разгрузить задний, сопловой торец заряда от высоких сжимающих напряжений.

Известны способы скрепления заряда с передней крышкой ГГ (РД), например, по пат. RU 2232284.

Изобретение по пат. RU 2232284 от 10.07.2004 г. принято авторами за прототип.

Однако недостатком прототипа является:

- отсутствие оптимальных температурно-временных технологических режимов вклейки заряда в корпус РД (ГГ) и режимов полимеризации;

- отсутствие конкретных рекомендаций по использованию полимерных материалов для вклейки и заполнению узкого щелевого зазора между зарядом и корпусом.

Технической задачей изобретения является разработка способа скрепления и фиксации в поперечном и продольном направлениях в корпусе энергоисточника (ГГ, РД) бронированного заряда ТРТ торцевого горения, обеспечивающего высокую технологичность, надежность и эффективность использования заряда в составе энергоисточника.

Технический результат изобретения заключается в способе скреплении бронированного заряда ТРТ торцевого горения с корпусом двигателя, включающим покрытие боковой поверхности заряда антиадгезивом, приготовление и дозирование навески скрепляющего полимерного жидковязкого состава (ПЖВС) на дно корпуса, покрытого адгезионным составом, центрирование заряда относительно корпуса, погружение бронированного торца заряда в скрепляющий ПЖВС и фиксирование заряда в корпусе, а в качестве покрытия боковой поверхности заряда антиадгезива используют полиэтиленовую ленту с липким слоем, на внешней поверхности торцевого бронепокрытия заряда выполняют центральный выступ высотой (1,0...2,0)δ, где δ - толщина бокового зазора между зарядом и корпусом, навеску скрепляющего ПЖВС дозируют в корпус из условия вытеснения его в боковой зазор между корпусом и боковой поверхностью заряда на длину - 0,2...0,8 длины заряда и с обеспечением толщины слоя полимерного состава, скрепляющего торец заряда с дном корпуса (1,0...2,0)δ, при этом в качестве скрепляющего ПЖВС используют полимерную композицию на основе сложного полиэфира, модифицированного изоцианатом, в которую непосредственно перед дозированием вводят катализатор отверждения трис-(ацетилацетонато) марганец III (AAMn), причем полученный состав используют для дозирования в течение не более 1,5 ч, бронированный торец заряда погружают в скрепляющий ПЖВС при температуре 15...35°С с проворачиванием со скоростью 0,5...1,0 об/мин и фиксируют заряд в корпусе, после чего осуществляют полимеризацию в течение не менее 48 часов при указанной температуре. В качестве сложного полиэфира используют полиэтиленгликольадипинат, а в качестве изоцианата - гексаметилендиизоцианат и/или сочетание гексаметиленизоцианата с трифенилметантриизоцианатом.

Патентуемый способ поясняется на чертеже, где дана технологическая схема скрепления заряда ТРТ с корпусом РД.

Сущность изобретения заключается в следующем:

1. В скреплении бронированного торца заряда с дном корпуса газогенератора (ракетного двигателя) через эластичный полимерный состав с обеспечением плотного и монолитного заполнения последним бокового зазора между боковой поверхностью заряда и корпусом. Это позволяет практически исключить зазор между зарядом и стенкой камеры сгорания (ГТ, РД) и тем самым устранить воздействие высокотемпературных ПС на бронепокрытие заряда в составе ГТ (РД). При этом нанесение на боковую поверхность заряда полиэтиленовой пленки с липким слоем исключает отрывные (сдвиговые) напряжения на боковой поверхности заряда, присущие скрепленным с корпусом заряда РД.

Дня осуществления эффективного и технологичного скрепления торца заряда с корпусом ракетного двигателя и заполнения бокового зазора между корпусом и зарядом используют полимерную композицию на основе сложного полиэфира, наполненного техническим углеродом и модифицированного гексаметилендиизоционатом или сочетанием гексаметилендиизоцианата с трифенилметантриизоционатом (Россия, патент №2203201), обеспечивающими удовлетворительную растекаемость состава в узком зазоре и его последующую отверждаемость.

2. В дозировании скрепляющего полимерного состава в корпус из условия вытеснения его (при погружении заряда в корпус) в боковой зазор между корпусом и зарядом на длину (0,2...0,8)L. Пределы по длине заполнения зазора обусловлены как требованиями по обеспечению работоспособности заряда, так и возможностями реологических характеристик скрепляющего состава.

3. В использовании в скрепляющем составе в качестве катализатора отверждения трис-(ацетилоацетонато) марганца III (AAMn), обеспечивающего высокую живучесть (до 1,5 час) полимерного скрепляющего состава при изготовлении партии (группы) зарядов и приемлемую для промышленного производства продолжительность полимеризации (48 часов) при нормальных температурах производственных помещений (15...35°С), что позволяет исключить из технологического процесса использование специальных полимеризационных систем (камер) значительного объема с повышенными температурами (60...80°С и более) и тем самым повысить экономичность и технологичность техпроцесса изготовления зарядов.

4. В проворачивании заряда по окончании процесса погружения в скрепляющий состав, что позволяет исключить захлопывание воздуха у торца заряда. При этом как показали результаты практической реализации способа проворот должен осуществляться с угловой скоростью 0,5...1,0 об/мин.

При малых скоростях проворота заряда (менее 0,5 об/мин) не обеспечивается эффективное удаление воздуха из зоны контакта "торец заряда - скрепляющий состав", при скоростях проворота заряда более 1 об/мин возможно "расплескивание" состава в зазоре, что снижает качество вклейки заряда в ГГ (РД) в целом.

5. В оснащении торцевого бронепокрытия заряда, вклеиваемого в корпус, центральным выступом высотой (1,0...2,0)δ, что обеспечивает фиксированную толщину скрепляющего состава на торце заряда (в указанных пределах) и удовлетворительное заполнение им бокового зазора между корпусом и боковой поверхностью заряда.

Примеры реализации способа:

Пример 1. Скреплению с корпусом подвергался заряд для ГГ из термопластичного СТТ бронированный по торцу и боковой поверхности бронепокрытием на основе ацетилцеллюлозы. Размеры заряда: длина - 300 мм, диаметр - 90 мм, толщина бокового бронепокрытия - 2,5 мм, толщина торцевого бронепокрытия - 4 мм. Скрепление осуществлялось наполненным (10-12% сажи) полиэтиленгликольадипинатным составом, модифицированным гексаметилендиизоцианатом. В приготовленный скрепляющий состав непосредственно перед дозированием навесок в корпус ГГ вводился катализатор отверждения (AAMn) в количестве 0,02...0,03% (мас.) по отношению к массе скрепляющего состава. Дозирование скрепляющего состава осуществляли из расчета обеспечения заполнения им бокового зазора между боковой поверхностью заряда и корпуса ГГ на длину ˜0,5L. На боковую поверхность заряда наносили 1...2 слоя полиэтиленовой ленты с липким слоем. При погружении заряда в ПЖВС осуществляли проворачивание с угловой скоростью ˜1 об/мин, в т.ч. в течение 1 мин после достижения упора в днище корпуса.

Полимеризацию осуществляли при температуре производственного помещения 25...27°С. Фактическое время полимеризации составило 50 часов. Оценка качества скрепления и растекаемости приведена в таблицах 1, 2, 3.

Примеры 2, 3. Скреплению подвергались: заряд из баллиститного ТРТ длиной 420 мм и удлиненный (700 мм) заряд из медленно горящего СТТ. Скрепляющий состав аналогично примеру 1, при этом в качестве модификатора использовали сочетание гексаметилендиизоционата с трифенилметантриизоционатом. Режимы скрепления и оценка качества скрепления приведены в таблицах 1, 2, 3.

Как видно из таблиц, принятые в патентуемом техническом решении рецептурно-технологические параметры обеспечивают технологичность, низкий уровень температур полимеризации и ее приемлемую продолжительность и эффективность скрепления заряда (высокая прочность на растяжение) с днищем корпуса, а заполнение бокового зазора - повышенную надежность эксплуатации заряда в составе энергоисточника (ГГ, РД), что и характеризует положительный результат патентуемого изобретения.

Таблица 1Зависимость механических характеристик скрепляющего состава от времени полимеризацииХарактеристикиОбразцы123456Температура полимеризации, °С202020202020Время полимеризации, час30404872144240Механические характеристики состава при разрыве, t=23±2°C      - предел прочности при растяжении, кгс/см²Состав недополимеризованный, липкийСостав мягкий, липкость отсутствует35,236,745,045,5- остаточное удлинение при растяжении, %--0000

Таблица 2Зависимость механических характеристик скрепляющего состава от времени и температуры полимеризацииХарактеристикиОбразцы123456Температура полимеризации, °С353535353535Время полимеризации, час30404872144240Механические характеристики состава при разрыве, t=23±2°C      - предел прочности при растяжении, кгс/см²25,030,036,039,049,048,0- остаточное удлинение при растяжении, %25150000

Таблица 3Зависимость растекаемости (живучести) состава от времени его использованияХарактеристикиОбразцы12345678Время использования, мин153045607590100125Текучесть составаЖидкотекучийЖидкотекучийЖидкотекучийВязкотекучийВязкотекучийВязкотекучийВязкий, не течетВязкий, не течет

Изобретение относится к области изготовления зарядов твердого ракетного топлива (ТРТ). Предложен способ скрепления бронированного заряда ТРТ торцевого горения с корпусом двигателя. Способ включает покрытие боковой поверхности заряда антиадгезивом, приготовление и дозирование навески скрепляющего полимерного жидковязкого состава на дно корпуса, покрытого адгезионным составом, центрирование заряда относительно корпуса, погружение бронированного торца заряда в скрепляющий полимерный жидковязкий состав и фиксирование заряда в корпусе. В качестве покрытия боковой поверхности заряда антиадгезивом используют полиэтиленовую ленту с липким слоем. На внешней поверхности торцевого бронепокрытия заряда выполняют центральный выступ. Навеску скрепляющего полимерного жидковязкого состава дозируют в корпус из условия вытеснения его в боковой зазор между корпусом и боковой поверхностью заряда. Изобретение позволяет обеспечить надежность и эффективность использования заряда. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

1. Способ скрепления бронированного заряда твердого ракетного топлива торцевого горения с корпусом двигателя, включающий покрытие боковой поверхности заряда антиадгезивом, приготовление и дозирование навески скрепляющего полимерного жидковязкого состава на дно корпуса, покрытого адгезионным составом, центрирование заряда относительно корпуса, погружение бронированного торца заряда в скрепляющий полимерный жидковязкий состав и фиксирование заряда в корпусе, отличающийся тем, что в качестве покрытия боковой поверхности заряда антиадгезивом используют полиэтиленовую ленту с липким слоем, на внешней поверхности торцевого бронепокрытия заряда выполняют центральный выступ высотой (1,0...2,0)δ, где δ - толщина бокового зазора между зарядом и корпусом, навеску скрепляющего полимерного жидковязкого состава дозируют в корпус из условия вытеснения его в боковой зазор между корпусом и боковой поверхностью заряда на длину - 0,2...0,8 длины заряда и с обеспечением толщины слоя полимерного состава, скрепляющего торец заряда с дном корпуса (1,0...2,0)δ, при этом в качестве скрепляющего полимерного жидковязкого состава используют полимерную композицию на основе сложного полиэфира модифицированного изоцианатом, в которую непосредственно перед дозированием вводят катализатор отверждения трис-(ацетилоацетонато) марганец III, причем полученный состав используют для дозирования в течение не более 1,5 ч, бронированный торец заряда погружают в скрепляющий полимерный жидковязкий состав при температуре 15...35°С с проворачиванием со скоростью 0,5...1,0 об/мин и фиксируют заряд в корпусе, после чего осуществляют полимеризацию в течение не менее 48 ч при указанной температуре.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сложного полиэфира используют полиэтиленгликольадипинат, а в качестве изоцианата - гексаметилендиизоцианат и/или сочетание гексаметилендиизоцианата с трифенилметантриизоцианатом.