Корпус ракетного двигателя твердого топлива типа "кокон"

 

Корпус ракетного двигателя твердого топлива типа "кокон" из композиционных материалов облицован изнутри теплозащитным покрытием. Корпус содержит силовую оболочку с фланцами, между которыми расположены упругоэластичные прокладки. Корпус также содержит расположенные между теплозащитным покрытием и внутренней поверхностью фланцев кольцевые поясковые зоны раскрепления, перекрывающие кромки фланцев. Кольцевые поисковые зоны раскрепления выполнены между упругоэластичными прокладками и наружной поверхностью фланцев. Внутри упругоэластичных прокладок образованы кольцевые контактные полости. В области днищ в теплозащитном покрытии вмонтирована армирующая асбестовая ткань, таким образом, что углы между направлениями нитей в ней и меридианальными образующими корпуса составляют 30 - 60^o. Изобретение повышает деформативность корпуса в районе днищ, обеспечивает стойкость к прогарам и работоспособность корпуса при повышенных надежности, прочности и массовом совершенстве корпуса. 3 ил.

Корпус ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ) типа "кокон" предназначен для использования в РДТТ со скрепленными зарядами смесевого твердого топлива.

Известен корпус РДТТ [1], содержащий силовую оболочку, теплозащитное покрытие (ТЗП) и элементы раскрепления, служащие для снижения механических напряжений. ТЗП в этом корпусе изготовлено с интегральной манжетой, имеющей разгрузочную канавку. Известна [2, 3] также компенсация напряжений между фланцами и корпусом посредством размещения между ними упругоэластичной прокладки (УЭП). Недостатком таких РДТТ считается возможное разрушение корпусов из-за высоких деформаций и механических напряжений в районе днищ во время работы РДТТ.

В качестве прототипа рассмотрен корпус РДТТ из композиционных материалов [4] . Здесь в днищах корпуса между ТЗП и внутренней поверхностью фланцев выполнены кольцевые поясковые зоны раскрепления (КПЗР) из антиадгезионной пленки, перекрывающие кромки фланцев. КПЗР представляют собой контактные образования поверхностей, в которых отсутствуют проклеи и адгезионные связи материалов. КПЗР, расположенные между ТЗП и фланцами, снижают концентрацию деформаций и напряжений в районе фланцев при действии внутреннего давления. Величина сдвигающго усилия, при котором происходит деформация ТЗП относительно фланца в районе КПЗР, зависит от жесткости пакета ТЗП. При относительно низкой жесткости ТЗП и высоком внутреннем давлении сдвигающее усилие может не преодолеть силу трения в зоне КПЗР, происходит "залипание" ТЗП относительно фланцев, и они не выполняют своего предназначения - снятия механических напряжений. К недостаткам прототипа следует отнести также разрушение корпуса из-за прогара в результате повышенного уноса ТЗП и больших деформаций в районе днищ. Осмотр внутренней поверхности таких корпусов после испытаний показывает нерасчетные вымывания ТЗП и корпуса в районе фланцев. Причиной этого является повышенная концентрация деформаций ТЗП в районе фланцев. Скрепления между ТЗП, фланцами, УЭП и оболочкой в зоне днищ корпуса, принятые в аналогах и прототипе, недостаточно снижают механические напряжения. Кроме того, для устранения прогаров приходится утолщать слой ТЗП, что увеличивает массу корпуса.

Техническим результатом изобретения является создание корпуса РДТТ, в котором без увеличения его массы надежно компенсируется напряженно-деформированное и тепловое состояние между ТЗП, силовой оболочкой и УЭП при работе двигателя. Решение поставленной технической задачи повышает деформативность корпуса в районе днищ, обеспечивает стойкость к прогарам и работоспособность корпуса при повышенных надежности, прочности и массовом совершенстве корпуса РДТТ.

Достижение технического результата обеспечивается тем, что в предлагаемом корпусе из композиционных материалов, облицованном изнутри ТЗП, содержащем силовую оболочку и фланцы и УЭП, а также содержащем КПЗР, расположенные между ТЗП и внутренней поверхностью фланцев, выполнены следующие элементы, являющиеся отличительными признаками. КПЗР изготавливают не только с внутренней, но и с наружной стороны фланцев. В свою очередь внутри УЭП изготовлены кольцевые контактные полости. Эти КПЗР и контактные полости повышают деформативность конструкции корпуса в районе днищ и снижают прочностные напряжения в ТЗП. Известно, что скорость вымывания ТЗП снижается с уменьшением прочностных напряжений, и поэтому вероятность прогаров корпуса также снижается. Кроме того, в области днищ в ТЗП вмонтирована армирующая асбестовая ткань. Она располагается в виде лепестков вокруг полюсных отверстий, причем направления нитей в лепестках образуют углы относительно меридианальных образующих корпуса от 30 до 60^o. Экспериментально было установлено, что такое армирование позволяет повысить прочность ТЗП в меридианальном направлении более чем в 2 раза по сравнению с прочностью ТЗП при произвольном расположении нитей ткани и, как следствие, позволяет увеличить стойкость ТЗП к прогарам, не увеличивая его суммарный вес по сравнению с прототипом. Введение армирования повышает жесткость ТЗП, и поэтому исключается "залипание" ТЗП относительно фланцев, в результате чего снижается вероятность разрушения ТЗП.

На фиг.1 показан общий вид корпуса РДТТ типа "кокон". На фиг. 2 изображена в разрезе часть соплового днища корпуса. На фиг. 3 показана схема укладки лепестков армирующей асбестовой ткани.

Корпус РДТТ типа "кокон" (фиг.1), облицованный изнутри ТЗП 6, содержит силовую оболочку 1 с фланцами 2, установленными на полюсных отверстиях днищ. Между силовой оболочкой и фланцами (фиг. 2) расположена УЭП 3, с кольцевой контактной полостью 4. В днище между ТЗП, УЭП и фланцами расположена КПЗР 7, огибающая кромки А фланцев с обеих сторон. Вмонтированная в ТЗП армирующая асбестовая ткань 5 располагается вокруг полюсных отверстий в виде лепестков (фиг. 3) так, что направления нитей ткани образуют угол В относительно меридианальных образующих корпуса, составляющий от 30 до 60^o.

Работа корпуса РДТТ типа "кокон" заключается в следующем. При горении твердого топлива в двигателе под действием внутреннего давления корпус находится в сложном напряженно-деформированном состоянии, характеризующемся изменением размеров толщин, в первую очередь ТЗП, по отношению к исходным геометрическим размерам. В результате такого действия между силовой оболочкой 1 и фланцами 2 происходит сдвиг УЭП и ТЗП в меридианальном направлении. Благодаря наличию кольцевых контактных полостей 4 и КПЗР 7 происходит упругий сдвиг фланцев относительно силовой оболочки корпуса, с более равномерным распределением деформаций. Вмонтированная в ТЗП армирующая асботкань 5 повышает стойкость ТЗП к прогарам в районе днищ и повышает модуль упругости ТЗП в районе КПЗР, исключая "залипание" ТЗП. Проведенные теоретические расчеты напряжений в ТЗП и корпусе также подтвердили их снижение в районе днищ корпусов РДТТ типа "кокон".

С использованием описанного нового технического решения были изготовлены корпуса и испытаны в составе с РДТТ. Огневые стендовые испытания этих РДТТ прошли без разрушений, с положительным результатом. Осмотр внутренней поверхности корпусов после испытаний показал практически полное отсутствие нерасчетных вымываний ТЗП и корпусов в районе фланцев.

Литература 1. US, патент, 4711086, кл. F 02 К 9/00, 1987.

2. US, патент, 3843010, кл. F 25 J, 1974.

3. GB, патент, 2076061, кл. F 02 К 1/80, 1981.

4. Корпус РДТТ из композиционных материалов. Патент РФ 2108476 от 24.01.96.

Формула изобретения

Корпус ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ) типа "кокон" из композиционных материалов, облицованный изнутри теплозащитным покрытием (ТЗП), содержащий силовую оболочку с фланцами, между которыми расположены упругоэластичные прокладки (УЭП), а также содержащий расположенные между ТЗП и внутренней поверхностью фланцев кольцевые поясковые зоны раскрепления (КПЗР), перекрывающие кромки фланцев, отличающийся тем, что КПЗР выполнены также между УЭП и наружной поверхностью фланцев, а внутри УЭП образованы кольцевые контактные полости, причем в области днищ в ТЗП вмонтирована армирующая асбестовая ткань, таким образом, что углы между направлениями нитей в ней и меридианальными образующими корпуса составляют от 30 до 60^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3