Способ образования теплозащитного покрытия ракетного двигателя твердого топлива

 

Использование: в камерах сгорания ракетных двигателей, в теплозащитных покрытиях ракетных двигателей твердого топлива, имеющих металлический корпус. Сущность изобретения: теплозащитное покрытие на основе каучука наносят на внутреннюю сторону камеры сгорания и предохраняет ее от прогара. На пустотелую оправку последовательно наносят эрозионностойкий подслой, например из углеткани, а затем теплоизоляционный слой, путем намотки шнура из резиноподобного материала, прессуют с подводом тепла снаружи и изнутри оправки, охлаждают путем подачи хладагента в полость оправки, снимают с оправки образовавшийся теплозащитный рукав, вставляют его в камеру сгорания, устанавливают в камеру оправку из материала, коэффициент линейного расширения которого в 1,5-2,5 раза больше, чем у камеры сгорания, а затем вулканизируют покрытие в корпусе камеры. 4 ил.

Изобретение относится к камерам сгорания ракетных двигателей, в частности, к теплозащитным покрытиям ракетных двигателей твердого топлива, имеющих металлический корпус. Теплозащитное покрытие наносится на внутреннюю поверхность корпуса и предохраняет его от прогара. В качестве материала для теплозащитного покрытия используют теплостойкую резину.

Известна технология изготовления оболочки из вулканизированной резины для облицовки внутренних стенок ракетного двигателя твердого топлива (см. французский патент N 2098934).

Согласно патенту из смеси, содержащей каучук, прокатываются листы толщиной 2-3 мм, а затем их вулканизируют, обрезают листы по размеру, придавая им соответствующую форму. После обезжиривания и обработки пескоструем на стенки двигателя наносят слой резинового клея, с помощью которого листы приклеиваются к стенкам.

Недостатком этого способа является то, что в местах стыковки листов возможны прогар двигателя. Кроме того, трудно наклеивать листы на внутренние стенки длинных камер малого диаметра, особенно камер, имеющих коническую часть. Прототипом заявляемого изобретения является заявка N 2614651, Франция, "Способ и установка для образования теплозащитного покрытия двигателя". Согласно указанному изобретению, резиновая лента, толщину которой регулируют, экструдируется и наматывается на внутреннюю стенку двигателя. Намотку осуществляют сомкнутыми витками. После намотки резиновое покрытие вулканизируют. Однако, изготовленное таким способом теплозащитное покрытие не обеспечивает достаточной защиты для двигателей с высокой температурой горения у стенок двигателя, например, для двигателей торцевого горения, заряд которых армирован металлическими проволочками. Теплозащитное покрытие таких двигателей дополнительно содержит эрозионностойкий подслой, например, из углеткани с различным количеством слоев.

Задачей изобретения является разработка технологии образования теплозащитного покрытия ракетного двигателя твердого топлива, имеющего малый диаметр (до 70 мм) и большую длину (до 700 мм). Одной из задач является создание покрытия переменной толщины с эрозионнойстойким подслоем. В наиболее теплонапряженных зонах теплозащитное покрытие должно иметь более толстый слой. Кроме того, для целей серийного производства необходимо существенно сократить время образования теплозащитного покрытия.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что из резиноподобного теплозащитного материала изготавливают рукав, который вклеивают в камеру сгорания. Рукав изготавливают с помощью пустотелой оправки, на которую сначала наносят эрозионностойкий подслой, например из углеткани, а затем теплоизоляционный слой путем намотки шнура, изготовленного из теплоизоляционного материала на основе каучука, после этого прессуют при температуре 80 100^oC с подводом тепла снаружи и изнутри оправки; затем покрытие охлаждают путем подачи хладагента, не охлаждая матрицы пресс-формы, в полость оправки; снимают с оправки образовавшийся теплозащитный рукав, который без механической обработки устанавливают на клее в камере сгорания, затем в камере сгорания устанавливают оправку из материала, коэффициент линейного расширения которого больше, чем у камеры сгорания, а затем вулканизируют теплозащитное покрытие. Предлагаемый способ обеспечивает образование теплозащитного покрытия, состоящего из теплоизоляционного слоя на основе каучука и эрозионностойкого подслоя, например из углеткани, для двигателей, имеющих малый диаметр (до 70 мм), большую длину (до 700 мм) и коническую часть. Кроме того, за счет интенсификации нагревания и охлаждения рукава существенно уменьшается время изготовления теплозащитного покрытия.

На фиг. 1 изображена схема намотки шнура круглого сечения из резиноподобного материала на пустотелую оправку.

На фиг. 2 оправка с теплозащитным рукавом в процессе прессования.

На фиг. 3 оправка с теплозащитным рукавом в процессе охлаждения.

На фиг. 4 камера сгорания ракетного двигателя с оправкой в процессе вклеивания теплозащитного покрытия. На пустотелую оправку укладывается раскрой из эрозионностойкого материала типа углеткани 2, в необходимое количество слоев, после чего он фиксируется технологическими кольцами 3.

Из резиноподобного теплоизоляционного материала на основе каучука изготавливается методом экструзии шнур 4 круглого сечения диаметром 2,5-2,6 мм, массой 330-340 г/м. Указанная масса, размеры шнура и количество слоев намотки соответствуют номинальной толщине покрытия при минимальном облое после прессования, что необходимо для исключения утяжек и разрывов эрозионностойкого подслоя.

Шнур 4 наматывается на оправку 1 с предварительно уложенным на нее раскроем 2 из углеткани. Технологические кольца 3 снимаются по мере намотки шнура.

Оправка 1 с уложенным слоем углеткани и намотанным шнуром устанавливается в нагретую пресс-форму 5, размещенную на плитах 6 гидравлического пресса. Матрицы пресс-формы 5 смыкаются, затем во внутреннюю полость оправки 1 устанавливают электронагревательный элемент 7 и нагревают покрытие с внутренней и наружной стороны до температуры 80-100^oC. Для формования покрытия матрицы пресс-формы 5 выдерживают под давлением в течение 5-10 мин. После выдержки нагревание прекращают и извлекают электронагревательный элемент 7 из полости оправки 1. К внутренней полости оправки подключают трубопровод и пропускают через него холодную воду, охлаждая оправку и покрытие до температуры 40^oC, не снимая усилия пресса и не включая обогрев плит и матриц пресс-формы. Время прессования теплозащитного покрытия 15-20 мин. После охлаждения снимают с оправки образовавшийся рукав с подслоем. Полученный рукав 8 без механической обработки устанавливают в камеру 9 на клей горячего отверждения. После этого вводят внутрь оправку 10, поджав ее технологическими крышками. Оправку изготавливают из алюминия или из иного материала так, чтобы коэффициент линейного расширения материала оправки был в 1,5-2,5 раза больше, чем у корпуса камеры сгорания двигателя. Камеру с теплозащитным покрытием и оправкой помещают в термокамеру и выдерживают при температуре 160^oC в течение 3-х часов. Оправка, изготовленная из алюминия, имеющая больший коэффициент линейного расширения, чем у камеры, обеспечивает плотное поджатие покрытия к корпусу камеры сгорания двигателя. После вулканизации оправку 10 удаляют. Операцию вулканизации проводят в термокамере, помещая в нее партию до 50 штук двигателей.

Формула изобретения

Способ образования теплозащитного покрытия ракетного двигателя твердого топлива, включающий нанесение теплоизоляционного материала на основе каучука на внутреннюю стенку металлической камеры сгорания и его последующую вулканизацию, отличающийся тем, что на пустотелую оправку последовательно наносят эрозионностойкий подслой, например, из углеткани, а затем теплоизоляционный слой путем намотки шнура, изготовленного из теплоизоляционного материала, прессуют с подводом тепла снаружи и изнутри оправки, охлаждают путем подачи хладагента в полости оправки без охлаждения матрицы, снимают с оправки образовавшийся теплозащитный рукав, вставляют его в камеру сгорания на клее, устанавливают в камеру оправку из материала, коэффициент линейного расширения которого в 1,5 2,5 раза больше, чем у камеры сгорания, а затем вулканизируют теплозащитное покрытие в корпусе камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4