Способ скрепления бронированного заряда твердого ракетного топлива торцевого горения с корпусом ракетного двигателя

Способ скрепления бронированного заряда твердого ракетного топлива торцевого горения с корпусом ракетного двигателя

Реферат

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 1
Зависимость механических характеристик скрепляющего состава от времени полимеризации
Характеристики	Образцы
1	2	3	4	5	6
Температура полимеризации, °С	20	20	20	20	20	20
Время полимеризации, час	30	40	48	72	144	240
Механические характеристики состава при разрыве, t=23±2°C
- предел прочности при растяжении, кгс/см2	Состав недополимеризованный, липкий	Состав мягкий, липкость отсутствует	35,2	36,7	45,0	45,5
- остаточное удлинение при растяжении, %	-	-	0	0	0	0

Таблица 2
Зависимость механических характеристик скрепляющего состава от времени и температуры полимеризации
Характеристики	Образцы
1	2	3	4	5	6
Температура полимеризации, °С	35	35	35	35	35	35
Время полимеризации, час	30	40	48	72	144	240
Механические характеристики состава при разрыве, t=23±2°C
- предел прочности при растяжении, кгс/см2	25,0	30,0	36,0	39,0	49,0	48,0
- остаточное удлинение при растяжении, %	25	15	0	0	0	0

Таблица 3
Зависимость растекаемости (живучести) состава от времени его использования
Характеристики	Образцы
1	2	3	4	5	6	7	8
Время использования, мин	15	30	45	60	75	90	100	125
Текучесть состава	Жидкотекучий	Жидкотекучий	Жидкотекучий	Вязкотекучий	Вязкотекучий	Вязкотекучий	Вязкий, не течет	Вязкий, не течет

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.