корпус ракетного двигателя твердого топлива типа "кокон"

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.

Описание изобретения к патенту

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.