Способ изготовления корпуса ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов и корпус ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов



Способ изготовления корпуса ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов и корпус ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов
Способ изготовления корпуса ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов и корпус ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов
Способ изготовления корпуса ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов и корпус ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов
Способ изготовления корпуса ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов и корпус ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов
Способ изготовления корпуса ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов и корпус ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов

 


Владельцы патента RU 2505696:

Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения (RU)

При изготовлении корпуса ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов наматывают силовую оболочку в виде кокона спирально-кольцевой намоткой из жгутов арамидных волокон, а перед задним удаляемым днищем на цилиндрической части нарезают резьбу для соединения с сопловым блоком двигателя. Намотку кокона завершают двойным спиральным слоем наружным диаметром, превышающим внутренний диаметр резьбы и не превышающим средний диаметр резьбы. В зоне нарезаемой впоследствии резьбы в арамидных волокнах проминают винтовую канавку с шагом, равным 1,4-1,6 шага резьбы кокона намоткой с максимальной силой натяжения сухого, предварительно скрученного, стекложгута диаметром сечения, превышающим четверть шага его намотки и не превышающим половину шага. Затем поверх сухого стекложгута наматывают сплошные слои пропитанного стекложгута с шагом, равным шагу резьбы, до наружного диаметра, превышающего наружный диаметр резьбы, причем намотку стекложгутов осуществляют с направлением, совпадающим с направлением резьбы кокона. Другое изобретение группы относится к корпусу ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов. Корпус содержит силовую оболочку в виде кокона без заднего днища, выполненного спирально-кольцевой намоткой из арамидных жгутов, пропитанных эпоксидным связующим, и сопловой блок, скрепленный с силовой оболочкой резьбовым соединением. Наружный арамидный слой кокона выполнен двойным спиральным. Витки резьбы кокона выполнены преимущественно из непрерывных, пропитанных эпоксидным связующим, стекловолокон, снабженных в зоне над внутренним диаметром резьбы расположенными в различных направлениях отрезками волокон арамида и стекловолокон, образованными проминанием не совпадающих с шагом резьбы канавок в арамидном слое намотанным стекложгутом с последующей нарезкой резьбы с частичным перерезанием этих волокон. Резьбовое соединение зафиксировано эластичным клеем, армированным ворсами арамидных волокон, образованными при упомянутом их перерезании. Группа изобретений позволяет повысить технологичность изготовления корпуса ракетного двигателя. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Группа изобретений относится к области ракетного машиностроения, в частности к производству разъемных корпусов из композитов ракетных двигателей твердого топлива, соединяемых по резьбе после заполнения их топливом.

Известен способ изготовления корпуса и корпус в виде кокона по патенту RU №2144644 от 14.05.1998 г., МПК7 F17C 1/00, B21D 51/24. Корпус разрезают перпендикулярно продольной оси, потом соединяют.

Известен корпус из полимерных композиционных материалов и способ намотки кокона по патенту США №3258379 от 26.06.61 г. НКИ 156-175.

Известен корпус из полимерных композиционных материалов и способ намотки многослойной силовой оболочки по патенту Франции №2088342 от 30.04.71 г. МПК В29С 27/00.

Известен корпус в виде кокона по патенту RU №2049289 от 16.10.1992 г., МПК7 F17C 1/00.

Известен корпус из полимерных композиционных материалов по патенту RU №2266459 от 05.12.2003 г., МПК7 F16L 13/10.

Известен корпус ракетного двигателя из композиционных материалов по патенту RU №2339830 от 30.01.2007 г., МПК7 F02K 9/34.

Известен корпус ракетного двигателя из композиционных материалов типа «Кокон» по патенту RU №232050 от 01.06.2006 г., МПК7 F02K 9/34.

Известен ракетный двигатель твердого топлива, выполненный из композиционного материала по патенту RU №2117808 от 10.04.97, МПК7 F02K 9/08.

Известные устройства и известный способ определяют общий уровень техники и не являются особо релевантными, поэтому предлагаемыми решениями устраняются недостатки общего известного уровня техники.

Недостатками общего известного уровня техники для способа является низкая технологичность изготовления корпуса, в частности низкая технологичность и качество резьбы для соединения частей корпуса. При использовании металлической резьбовой втулки с наружной резьбой недостатком является низкая технологичность ее вматывания, а также низкая надежность работы в условиях высокого внутреннего давления из-за концентратора напряжений на границе композита с металлом. При нарезании резьбы непосредственно на силовой оболочке недостатком является низкая технологичность мехобработки композита на основе арамидных волокон, пропитанных эпоксидным связующим. Волокна не перерезаются, а разрываются и разлохмачиваются с большим количеством ворсов, которые приводят к заклиниванию в соединяемых по резьбе деталях. При нарезании резьбы на подмоте стеклопластиковым жгутом недостатком является низкая надежность ее работы, так как основной вид ее нагружения, при отсутствии волокон арамида частично радиального направления - межслоевой срез, то есть практически срез по низкопрочному связующему, даже когда шаг намотки совпадает с шагом резьбы, и гребни резьбы выполнены из непрерывных стекловолокон. При нарезании резьбы после проминания канавок в спиральном арамидном слое намоткой стекложгута с шагом, равным шагу резьбы, недостатками являются низкая технологичность из-за избыточного количества ворсов при попадании режущего инструмента между канавками проминания и низкая надежность работы резьбы из-за отсутствия ворсов при попадании режущего инструмента в канавки. Нарезание резьбы с попаданием в зону образования оптимального количества ворсов, необходимых для армирования клеевого соединения резьбы при сборке корпуса, практически невозможно. При про-минании канавок в спиральном арамидном слое намоткой стекложгута недостатком является низкая эффективность проминания из-за раскладки пропитанного жгута в ленту. При использовании сухого жгута недостатком является (хотя и в значительно меньшей степени) также раскладка нескрученного жгута (ровинга) и низкое контактное давление из-за низкого усилия натяжения жгута. Низкая эффективность проминания обусловлена еще и высокой плотностью завершающего арамидного спирального слоя из-за высокого контактного давления при намотке его волокон с углом, превышающим минимально возможный по условию близкого к геодезическому расположению их на оправке, так как контактное давление пропорционально Sin2φ, где φ - угол намотки жгутов спирального слоя, и усилию натяжения, то есть низкая эффективность проминания обусловлена еще и низкой разностью оптимального натяжения спиральных жгутов арамидного слоя и натяжения проминающего жгута (см стр.203 книги «Технология ракетных аэродинамических конструкций из полимерных композиционных материалов», Буланов И.М., Воробей В.В., 1998 г., Москва, изд. МГТУ им. Баумана). Также недостатком является неудовлетворительная форма промятых канавок арамидного слоя из-за неоптимального соотношения размера сечения и шага намотки проминающего жгута. Кроме того, недостатком способа является неудовлетворительное качество низкоэластичного клеевого соединения резьбы корпуса из-за неудовлетворительной пропитки клеем с высокой реологической вязкостью арамидных ворсов, а также неравномерное нагружение витков резьбы.

Недостатками общего известного уровня техники для устройства является низкая надежность его работы в условиях высокого внутреннего давления из-за низкой надежности работы резьбы кокона на срез, при отсутствии в зоне среза, совпадающего с внутренним диаметром резьбы, армирующих волокон частично радиального направления, и при отсутствии связи клеевого соединения резьбы с силовой оболочкой кокона, также недостатком является низкое качество витков резьбы из-за отсутствия монолитности их армирующих волокон на всем их протяжении, а также недостатком является низкая технологичность расположения арамидных волокон в зоне среза резьбы в частично радиальном направлении путем проминания этих волокон намоткой стекложгута из-за высокой плотности арамидных волокон при спиральной намотке арамидных волокон с углом, превышающим минимально возможный по условию расположения их на оправке близкого к геодезическому. Кроме того, недостатком является низкая надежность работы резьбового соединения из-за неравномерного нагружения витков резьбы при низкой эластичности его клеевой фиксации.

Технической задачей, на решение которой направлены заявляемые изобретения, является разработка и создание высокотехнологичных корпусов ракетных двигателей высокого качества с повышенной надежностью работы в условиях высокого внутреннего давления.

Технический результат для способа, который может быть достигнут при решении поставленной задачи, заключается в следующем:

- в повышении технологичности корпуса за счет исключения вматывания металлической резьбовой втулки с наружной резьбой, а также в повышении надежности работы корпуса в условиях высокого внутреннего давления за счет исключения концентратора напряжений на границе композита с металлом;

- в повышении технологичности нарезания резьбы непосредственно на силовой оболочке за счет повышения технологичности мехобработки композита на основе арамидных волокон, пропитанных эпоксидным связующим (при которой волокна не перерезаются, а разрываются и разлохмачиваются с большим количеством ворсов, которые приводят к заклиниванию в соединяемых по резьбе деталях), так как мехобработку резьбы осуществляют не на всю ее глубину и с оптимальным количеством ворсов;

- в повышении технологичности мехобработки композита на основе арамидных волокон, пропитанных эпоксидным связующим, а также в повышении надежности работы за счет образования локальных зон с оптимальным количеством ворсов, необходимых для армирования клеевого соединения резьбы при сборке корпуса, равномерно распределенных по всему резьбовому соединению;

- в повышении технологичности нарезания резьбы за счет повышения эффективности проминания с исключением раскладки пропитанного жгута в ленту и уменьшением раскладки нескрученного жгута при повышении контактного давления, а также за счет оптимизации формы промятых канавок арамидного слоя оптимизацией соотношения размера сечения и шага намотки проминающего жгута;

- в повышении технологичности нарезания резьбы и ее качества, а также надежности ее работы, так как витки резьбы выполнены из непрерывных волокон, скрепленных с силовой оболочкой в локальных зонах высокопрочными арамидными волокнами частично радиального направления, а также с материалом клеевого соединения с оптимальным количеством разлохмаченных арамидных волокон;

- в повышении технологичности нарезания резьбы за счет повышения эффективности проминания с уменьшением степени раскладки жгута в ленту;

- в повышении эффективности проминания завершающего арамидного спирального слоя оптимизацией его плотности за счет снижения контактного давления при намотке его волокон с минимальным углом по условию близкого к геодезическому расположению их на оправке;

- в повышении качества клеевого соединения за счет его армирования ворсами арамидных волокон при их пропитке клеем с низкой реологической вязкостью, а также в повышении надежности работы за счет более равномерного нагружения витков резьбы.

Технический результат для устройства, который может быть достигнут при решении поставленной задачи, заключается в следующем:

- в повышении надежности работы в условиях высокого внутреннего давления за счет повышения надежности работы резьбы кокона на срез, при наличии в зоне среза, совпадающего с внутренним диаметром резьбы, армирующих волокон частично радиального направления (на боковых поверхностях промятых канавок), а также в повышении качества витков резьбы благодаря монолитности их армирующих волокон на всем их протяжении;

- в повышении надежности работы резьбы кокона на срез за счет связи клеевого соединения резьбы с силовой оболочкой кокона;

- в повышении технологичности расположения арамидных волокон в зоне среза резьбы в частично радиальном направлении путем проминания этих волокон намоткой стекложгута благодаря оптимальной плотности арамидных волокон при спиральной намотке арамидных волокон с минимально возможным углом по условию близкого к геодезическому расположению их на оправке;

- в повышении надежности работы резьбового соединения за счет равномерного нагружения витков резьбы при высокой эластичности его клеевой фиксации.

Поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что способ изготовления корпуса ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов, при котором наматывают силовую оболочку в виде кокона спирально-кольцевой намоткой из жгутов арамидных волокон, перед задним удаляемым днищем на цилиндрической части нарезают резьбу для соединения с сопловым блоком двигателя, при этом намотку кокона завершают двойным спиральным слоем наружным диаметром, превышающим внутренний диаметр резьбы и не превышающим средний диаметр резьбы, а в зоне нарезаемой впоследствии резьбы в арамидных волокнах проминают винтовую канавку с шагом, равным (1,4-1,6) шага резьбы кокона намоткой с максимальной силой натяжения сухого, предварительно скрученного, стекложгута диаметром сечения, превышающим четверть шага его намотки и не превышающим половину шага, затем поверх сухого стекложгута наматывают сплошные слои пропитанного стекложгута с шагом, равным шагу резьбы, до наружного диаметра, превышающего наружный диаметр резьбы, причем намотку стекложгутов осуществляют с направлением, совпадающим с направлением резьбы кокона. Скрутку сухого жгута выполняют из расчета (8±2) оборота на один метр. Намотку завершающего двойного спирального слоя осуществляют с минимальным углом намотки. Намотку арамидными и стекложгутами осуществляют с применением эпоксидного связующего, а резьбовое соединение корпуса и соплового блока осуществляют на эластичном клее, например, на основе полиуретана.

Отличительными признаками для способа являются следующие признаки:

- на цилиндрической части нарезают резьбу для соединения с сопловым блоком двигателя - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности корпуса за счет исключения вматывания металлической резьбовой втулки с наружной резьбой, а также в повышении надежности работы корпуса в условиях высокого внутреннего давления за счет исключения концентратора напряжений на границе композита с металлом;

- намотку кокона завершают двойным спиральным слоем наружным диаметром, превышающим внутренний диаметр резьбы и не превышающим средний диаметр резьбы, а в зоне нарезаемой впоследствии резьбы в арамидных волокнах проминают винтовую канавку - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций, новую последовательность и новое исполнение операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности нарезания резьбы непосредственно на силовой оболочке за счет повышения технологичности мехобработки композита на основе арамидных волокон, пропитанных эпоксидным связующим (при которой волокна не перерезаются, а разрываются и разлохмачиваются с большим количеством ворсов, которые приводят к заклиниванию в соединяемых по резьбе деталях), так как мехобработку резьбы осуществляют не на всю ее глубину и с оптимальным количеством ворсов;

- канавку проминают с шагом, равным (1,4-1,6) шага резьбы кокона - признаки существенные, предусматривают новые параметры операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности мехобработки композита на основе арамидных волокон, пропитанных эпоксидным связующим, а также в повышении надежности работы за счет образования локальных зон с оптимальным количеством ворсов, необходимых для армирования клеевого соединения резьбы при сборке корпуса, равномерно распределенных по всему резьбовому соединению;

- канавку проминают намоткой с максимальной силой натяжения сухого, предварительно скрученного, стекложгута диаметром сечения, превышающим четверть шага его намотки и не превышающим половину шага - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций, новую последовательность и новое исполнение операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности нарезания резьбы за счет повышения эффективности проминания с исключением раскладки пропитанного жгута в ленту и уменьшением раскладки нескрученного жгута при повышении контактного давления, а также за счет оптимизации формы промятых канавок арамидного слоя оптимизацией соотношения размера сечения и шага намотки проминающего жгута;

- поверх сухого стекложгута наматывают сплошные слои пропитанного стекложгута с шагом, равным шагу резьбы, до наружного диаметра, превышающего наружный диаметр резьбы, причем намотку стекложгутов осуществляют с направлением, совпадающим с направлением резьбы кокона - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций, новую последовательность и новое исполнение операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности нарезания резьбы и ее качества, а также надежности ее работы, так как витки резьбы, в этом случае, выполнены из непрерывных волокон, скрепленных с силовой оболочкой в локальных зонах высокопрочными арамидными волокнами частично радиального направления, а также с материалом клеевого соединения с оптимальным количеством разлохмаченных арамидных волокон;

- скрутку сухого жгута выполняют из расчета (8±2) оборота на один метр - признаки существенные, предусматривают изменение параметров операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности нарезания резьбы за счет повышения эффективности проминания с уменьшением степени раскладки жгута в ленту;

- намотку завершающего двойного спирального слоя осуществляют с минимальным углом намотки - признаки существенные, предусматривают изменение параметров операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении эффективности проминания завершающего арамидного спирального слоя оптимизацией его плотности за счет снижения контактного давления при намотке его волокон с минимальным углом по условию близкого к геодезическому расположению их на оправке;

- намотку арамидными и стекложгутами осуществляют с применением эпоксидного связующего, а резьбовое соединение корпуса и соплового блока осуществляют на эластичном клее, например, на основе полиуретана - признаки существенные, предусматривают новое исполнение операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении качества клеевого соединения за счет его армирования ворсами арамидных волокон при их пропитке клеем с низкой реологической вязкостью, а также в повышении надежности работы за счет более равномерного нагружения витков резьбы.

Поставленная задача с достижением технического результата для устройства решается тем, что корпус ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов, содержащий силовую оболочку в виде кокона без заднего днища, выполненного спирально-кольцевой намоткой из арамидных жгутов, пропитанных эпоксидным связующим, и сопловой блок, скрепленный с силовой оболочкой резьбовым соединением, при этом наружный арамидный слой кокона выполнен двойным спиральным, витки резьбы кокона выполнены преимущественно из непрерывных, пропитанных эпоксидным связующим, стекловолокон, снабженных в зоне над внутренним диаметром резьбы расположенными в различных направлениях отрезками волокон арамида и стекловолокон, образованными проминанием не совпадающих с шагом резьбы канавок в арамидном слое намотанным стекложгутом с последующей нарезкой резьбы с частичным перерезанием этих волокон, а резьбовое соединение зафиксировано эластичным клеем, армированным ворсами арамидных волокон, образованными при упомянутом их перерезании. Наружный спиральный слой кокона выполнен с минимальным углом намотки. Эластичный клей выполнен на основе полиуретана, например СКУ-ПФЛ.

Отличительными признаками для устройства являются следующие признаки:

- наружный арамидный слой кокона выполнен двойным спиральным, витки резьбы кокона выполнены преимущественно из непрерывных, пропитанных эпоксидным связующим, стекловолокон, снабженных в зоне над внутренним диаметром резьбы расположенными в различных направлениях отрезками волокон арамида и стекловолокон, образованными проминанием не совпадающих с шагом резьбы канавок в арамидном слое намотанным стекложгутом с последующей нарезкой резьбы с частичным перерезанием этих волокон - признаки существенные, предусматривают наличие новых элементов, новое их расположение, новое исполнение, применение нового материала, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы в условиях высокого внутреннего давления за счет повышения надежности работы резьбы кокона на срез, при наличии в зоне среза, совпадающего с внутренним диаметром резьбы, армирующих волокон частично радиального направления (на боковых поверхностях промятых канавок), а также на повышение качества витков резьбы благодаря монолитности их армирующих волокон на всем их протяжении;

- резьбовое соединение зафиксировано эластичным клеем, армированным ворсами арамидных волокон, образованными при упомянутом их перерезании - признаки существенные, предусматривают наличие новых элементов и новое их исполнение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы резьбы кокона на срез за счет связи клеевого соединения резьбы с силовой оболочкой кокона;

- наружный спиральный слой кокона выполнен с минимальным углом намотки - признаки существенные, предусматривают новое соотношение размеров, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности расположения арамидных волокон в зоне среза резьбы в частично радиальном направлении путем проминания этих волокон намоткой стекложгута благодаря оптимальной плотности арамидных волокон при спиральной намотке арамидных волокон с минимально возможным углом по условию близкого к геодезическому расположению их на оправке;

- эластичный клей выполнен на основе полиуретана, например СКУ-ПФЛ - признак существенный, предусматривает обоснованное применение нового материала, направлен на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы резьбового соединения за счет равномерного нагружения витков резьбы при высокой эластичности его клеевой фиксации.

Указанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи с достижением технических результатов. Использование единой совокупности существенных отличительных признаков в известных решениях не обнаружено, что характеризует соответствие технического решения критерию «новизна».

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи с достижением технических результатов и характеризует предложенные технические решения существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники и аналогами. Данные технические решения являются результатом научно-исследовательской и экспериментальной работы по повышению технологичности изготовления и надежности работы корпусов ракетных двигателей из полимерных композитов без использования известных проектировочных решений, рекомендаций, материалов и обладают неочевидностью, что свидетельствует об их соответствии критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретений поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид способа изготовления корпуса, на фиг.2 - общий вид способа изготовления резьбы, на фиг.3 - сечение впадины резьбы, на фиг.4 - общий вид корпуса, на фиг.5 - сечение резьбового соединения.

Способ изготовления корпуса 1 ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов, при котором наматывают силовую оболочку 2 в виде кокона спирально-кольцевой намоткой из жгутов арамидных волокон 3, перед задним удаляемым днищем 4 на цилиндрической части 5 нарезают резьбу 6 для соединения с сопловым блоком 7 двигателя, при этом намотку кокона завершают двойным спиральным слоем 8 наружным диаметром 9, превышающим внутренний диаметр 10 резьбы 6 и не превышающим средний диаметр 11 резьбы 6, а в зоне 12 нарезаемой впоследствии резьбы в арамидных волокнах проминают винтовую канавку 13 с шагом 14, равным (1,4-1,6) шага 15 резьбы 6 кокона намоткой с максимальной силой натяжения сухого, предварительно скрученного 16, стекложгута 17 диаметром 18 сечения, превышающим четверть шага 14 его намотки и не превышающим половину шага 14, затем поверх сухого стекложгута 17 наматывают сплошные слои 19 пропитанного стекложгута с шагом, равным шагу 15 резьбы 6, до наружного диаметра 20, превышающего наружный диаметр 21 резьбы 6, причем намотку стекложгутов 19 осуществляют с направлением, совпадающим с направлением резьбы кокона. Скрутку 16 сухого жгута 17 выполняют из расчета (8±2) оборота на один метр. Намотку завершающего двойного спирального слоя 8 осуществляют с минимальным углом 22 намотки. Намотку арамидными 3 и стекложгутами 19 осуществляют с применением эпоксидного связующего, а резьбовое соединение 23 корпуса 1 и соплового блока 7 осуществляют на эластичном клее 24, например, на основе полиуретана.

Корпус 1 ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов, содержащий силовую оболочку 2 в виде кокона без заднего днища 4, выполненного спирально-кольцевой намоткой из арамидных жгутов 3, пропитанных эпоксидным связующим, и сопловой блок 7, скрепленный с силовой оболочкой резьбовым соединением 23, при этом наружный арамидный слой 8 кокона выполнен двойным спиральным, витки резьбы 6 кокона выполнены преимущественно из непрерывных, пропитанных эпоксидным связующим, стекловолокон 19, снабженных в зоне 25 над внутренним диаметром 16 резьбы 6 расположенными в различных направлениях отрезками 26 волокон арамида и стекловолокон 27, образованными проминанием не совпадающих с шагом 15 резьбы канавок 13 в арамидном слое 8 намотанным стекложгутом 17 с последующей нарезкой резьбы 6 с частичным перерезанием этих волокон 26, 27, а резьбовое соединение 23 зафиксировано эластичным клеем 24, армированным ворсами 28 арамидных волокон, образованными при упомянутом их перерезании. Наружный спиральный слой 8 кокона выполнен с минимальным углом 22 намотки. Эластичный клей 24 выполнен на основе полиуретана, например СКУ-ПФЛ.

Пример конкретного исполнения способа заключается в том, что на разборную оправку 30 укладывают герметизирующий теплозащитный слой 31 и наматывают силовую оболочку 2. Завершающий арамидный спиральный слой 8 наматывают с оптимизацией его плотности за счет снижения контактного давления при намотке его волокон с минимальным углом 22 по условию близкого к геодезическому расположению их на оправке 30, а также при намотке с оптимальным натяжением (не максимальным). При этом проминающий жгут 17 наматывают с контактным давлением, значительно превышающим контактные давления предыдущих слоев за счет максимального его натяжения (близкого к предельному по условию разрыва) и угла 22 намотки, близкого к максимальному (90°). Проминающий жгут 17 наматывают сухим с последующей пропиткой его связующим волокон 19 стекложгута витков резьбы 6, и выполнен проминающий жгут 17 из скрученных 16 волокон 27, а после мехобработки резьбы 6, ее витки снабжены отрезками волокон 27 различного направления (в том числе и частично радиального).

Таким образом, наружная поверхность силовой оболочки 2 в зоне 12 резьбы приобретает гофрированную форму со средним диаметром 32 гофр (винтовой канавки 13), расположенным в зоне 33 среза 34 резьбы 6 при ее критической работе, повышая надежность работы резьбы за счет наличия в нижней части ее профиля арамидных волокон 35 частично радиального направления с пересечением ими зоны 33 среза 34. За счет несовпадения шагов резьбы 6 и винтовой канавки 13 волокна 35, при мехобработке резьбы 6, частично перерезаются с образованием отрезков частично радиального направления, равномерно расположенных по всей резьбе, а также с образованием ворсов 28, расположенных в локальных зонах также равномерно по всей резьбе.

При армировании клеевого соединения 24 арамидными ворсами 28, его прочность и связь с силовой оболочкой 2 значительно повышаются за счет пропитки ворсов 28 клеем с низкой реологической вязкостью, а также за счет дополнительного закрепления химической связью материала ворсов 28, содержащего в арамидной группировке NH-группы и клея 24, содержащего NCO-группы при приготовлении его на основе форполимера уретанового СКУ ПФЛ (см. патент RU 2414670 от 08.12.2008 МПК7 F41H 1/04).

Также пример конкретного исполнения способа заключается в том, что при намотке проминающим жгутом 17 его закрепляют на цапфе 36 оправки 30 и наматывают на цилиндрической части с оптимальным натяжением, при подходе к зоне 12 резьбы натяжение доводят до максимального. После термообработки участок жгута 17 до зоны 12 разматывают и удаляют.

Работает корпус 1 следующим образом. При работе его резьбы 6 на срез (сдвиг), зона 33 среза витков резьбы 6 расположена вблизи внутреннего диаметра 10 резьбы и среднего диаметра 32 канавок 13 и пересекает проминающие жгуты 17. Таким образом, зона 33 среза 34 снабжена отрезками арамидных волокон 35 частично радиального направления и отрезками скрученных 16 волокон 27 частично радиального направления, а также ворсами 28 арамидных волокон 35, армирующими клеевое соединение 24, дополнительно скрепленными с клеем химической связью, что значительно повышает надежность работы резьбы 6 на срез.

Таким образом, использование изобретений позволит создать высокотехнологичный корпус ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов с повышенной надежностью его работы, что и подтверждает использование по назначению. Осуществимость изобретений подтверждена положительными результатами испытаний образцов и фрагментов конструкций, разработка и изготовление которых полностью основаны на представленном описании. В связи с этим, новое техническое решение соответствует и критерию «промышленная применимость», т.е. уровню изобретения.

1. Способ изготовления корпуса ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов, при котором наматывают силовую оболочку в виде кокона спирально-кольцевой намоткой из жгутов арамидных волокон, перед задним удаляемым днищем на цилиндрической части нарезают резьбу для соединения с сопловым блоком двигателя, при этом намотку кокона завершают двойным спиральным слоем наружным диаметром, превышающим внутренний диаметр резьбы и не превышающим средний диаметр резьбы, а в зоне нарезаемой впоследствии резьбы в арамидных волокнах проминают винтовую канавку с шагом, равным (1,4-1,6) шага резьбы кокона намоткой с максимальной силой натяжения сухого, предварительно скрученного, стекложгута диаметром сечения, превышающим четверть шага его намотки и не превышающим половину шага, затем поверх сухого стекложгута наматывают сплошные слои пропитанного стекложгута с шагом, равным шагу резьбы, до наружного диаметра, превышающего наружный диаметр резьбы, причем намотку стекложгутов осуществляют с направлением, совпадающим с направлением резьбы кокона.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скрутку сухого жгута выполняют из расчета (8±2) оборота на один метр.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что намотку завершающего двойного спирального слоя осуществляют с минимальным углом намотки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что намотку арамидными и стекложгутами осуществляют с применением эпоксидного связующего, а резьбовое соединение корпуса и соплового блока осуществляют на эластичном клее, например, на основе полиуретана.

5. Корпус ракетного двигателя из полимерных композиционных материалов, содержащий силовую оболочку в виде кокона без заднего днища, выполненного спирально-кольцевой намоткой из арамидных жгутов, пропитанных эпоксидным связующим, и сопловой блок, скрепленный с силовой оболочкой резьбовым соединением, при этом наружный арамидный слой кокона выполнен двойным спиральным, витки резьбы кокона выполнены преимущественно из непрерывных, пропитанных эпоксидным связующим, стекловолокон, снабженных в зоне над внутренним диаметром резьбы расположенными в различных направлениях отрезками волокон арамида и стекловолокон, образованными проминанием не совпадающих с шагом резьбы канавок в арамидном слое намотанным стекложгутом с последующей нарезкой резьбы с частичным перерезанием этих волокон, а резьбовое соединение зафиксировано эластичным клеем, армированным ворсами арамидных волокон, образованными при упомянутом их перерезании.

6. Корпус по п.5, отличающийся тем, что наружный спиральный слой кокона выполнен с минимальным углом намотки.

7. Корпус по п.5, отличающийся тем, что эластичный клей выполнен на основе полиуретана, например СКУ-ПФЛ.



 

Похожие патенты:

Корпус твердотопливного ракетного двигателя из композиционного материала содержит силовую цельномотанную оболочку типа «кокон» и оболочку второго кокона. Между наружной поверхностью днища силовой оболочки в зоне экватора и оболочкой второго кокона установлен кольцевой эластичный клин.
Предлагаемый способ относится к ракетной технике и предназначен для подготовки внутренней поверхности корпуса твердотопливного ракетного двигателя перед заливкой в корпус смесевого топлива.

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при изготовлении внутреннего теплозащитного покрытия корпусов ракетных двигателей. .

Изобретение относится к области ракетной техники, в частности к способам непрерывного контроля над состоянием конструкции корпуса ракетного двигателя, выполненного из полимерного композитного материала.

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при изготовлении корпусов ракетных двигателей твердого топлива из композиционного материала.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании корпуса ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ) малого удлинения и заряда скрепленного, содержащего данный корпус.

Изобретение относится к технологии изготовления теплозащитных покрытий (ТЗП) поверхностей, подвергающихся воздействию высоких температур и скоростных потоков, и может быть использовано для изготовления ТЗП металлических корпусов РДТТ и вдвинутых в камеру сгорания металлических корпусов сопел РДТТ.

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при разработке корпусов ракетных двигателей твердого топлива ракет и реактивных снарядов, в том числе снарядов систем залпового огня.

Изобретение относится к области ракетных или реактивных двигательных установок. .

Изобретение относится к машиностроению, а именно к снаряженным корпусам ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ), и может быть использовано при создании твердотопливных двигателей ракет.

Изобретение относится к бессопловым ракетным двигателям твердого топлива. Ракетный двигатель содержит корпус и ракетное топливо. Прочность корпуса на разрыв от внутреннего давления в каждом конкретном поперечном сечении соответствует максимальному внутреннему давлению в этом сечении, причем в передней части корпуса она максимальна, а в районе заднего среза постепенно уменьшается. Изобретение позволяет снизить массу ракетного двигателя.

Изобретение относится к области ракетостроения и может быть использовано при изготовлении корпусов ракетных двигателей, в частности при нанесении теплозащитного покрытия на внутреннюю поверхность корпусов ракетных двигателей. Оправка для нанесения эластичного покрытия на внутреннюю поверхность корпуса включает центральную жесткую часть, эластичную технологическую оболочку и систему подачи рабочей среды. Центральная жесткая часть оправки выполнена с продольными ребрами жесткости с закрепленными на них формообразующими элементами - профилями и сменными накладками, образуя изолированные камеры, связанные с системой подачи рабочей среды. Периметры поперечного сечения центральной жесткой части оправки и эластичной технологической оболочки соответствуют внутреннему периметру поперечного сечения корпуса по всей его длине. Вдоль формообразующих элементов - профилей и сменных накладок - выполнены отверстия. Изобретение позволяет повысить технологичность и надежность покрытия. 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении оболочек корпусов из композиционных материалов, требующих по условиям эксплуатации нанесения на поверхность оболочек влагозащитных покрытий с антистатическими свойствами. Для защиты от влаги корпуса из композиционного материала на него наносят наружное влагозащитное покрытие с антистатическими свойствами. Влагозащитное покрытие формируют из 2-х слоев эмали на основе хлорсульфированного полиэтилена с добавкой комбинированного протекторного наполнителя в количестве 30 мас.ч. на 100 мас.ч. эмали. В качестве комбинированного протекторного наполнителя используют ультрадисперсный цинк пластинчатой и сферической формы при соотношении 1:1. Затем наносят 1-2 слоя эмали на основе хлорсульфированного полиэтилена с токопроводящим наполнителем, например эмали марки ХП-5237. Изобретение позволяет повысить надежность влагозащитного покрытия с антистатическими свойствами за счет снижения трещинообразования. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам нанесения эластичного покрытия, например теплозащитного, на внутреннюю поверхность корпуса. При нанесении эластичного покрытия на внутреннюю поверхность корпуса, изготавливают эластичную оболочку на оправке и проводят вакуумирование полости между оболочкой и поверхностью оправки, причем площадь поверхности оправки соответствует площади внутренней поверхности корпуса. Подготавливают наружную поверхность оболочки к вклейке, устанавливают ее внутрь корпуса и вакуумируют полость между внутренней поверхностью корпуса и эластичной оболочкой. Одновременно с вакуумированием создают давление в полости между поверхностью оправки и оболочкой. Изобретение позволяет повысить качество покрытия по всей площади внутренней поверхности корпуса. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к изготовлению теплозащитных покрытий камер сгорания ракетных двигателей твердого топлива, имеющих металлические фланцы. При образовании теплозащитного покрытия формируют на оправках теплозащитное покрытие, соединяют с ним металлический фланец и осуществляют вулканизацию. В подфланцевой зоне после нанесения второго и перед нанесением двух последних слоев теплозащитного материала на его поверхности равномерно размещают продольные и поперечные сегменты предварительно «натренированной» идентично кривизне фланца нитиноловой проволоки диаметром 0,2-0,3 мм. Затем выкладывают другие слои теплозащитного покрытия с последующей вулканизацией образованного пакета. Изобретение позволяет повысить надежность теплозащитного покрытия. 2 ил.

Корпус ракетного двигателя содержит силовую оболочку, облицованную теплозащитным покрытием с раскрепляющими эластичными манжетами. В месте соединения манжеты и теплозащитного покрытия выполнена кольцевая полость, образованная разнесенными эквидистантно кольцевыми поясками, сопряженными со стороны внешних кромок по дуге и снабженными со стороны внутренних кромок коническими участками. В кольцевой полости расположены скрепленные между собой слои упругоэластичного тканого материала, эквидистантно повторяющие противолежащую часть поверхности полости. Слои тканого материала выполнены переменной, нарастающей от внутреннего к наружному, поперечной длины, в основном с конгруэнтным расположением обращенных друг к другу поверхностей соседних слоев или частей одного слоя. Наружный слой тканого материала скреплен по наружной поверхности с манжетой и теплозащитным покрытием. В другом варианте корпуса дополнительный слой упругоэластичного материала расположен в массиве материалов манжеты и теплозащитного покрытия. При изготовлении корпуса ракетного двигателя на форме выкладывают из листового материала манжету и, вне манжеты, частично, теплозащитное покрытие. Собирают продольный пакет из лент упругоэластичного тканого материала с последовательно увеличивающейся шириной по толщине пакета. С широкой стороны пакета укладывают ленту из резиноподобного материала. Подпрессовывают пакет при повышенной температуре до внедрения резиноподобного материала в структуру прилегающей ткани. Пакет укладывают на форме по окружности границы манжеты слоем резиноподобного материала к форме и сшивают между собой торцевые части слоев пакета. Затем перегибают половину пакета от большего радиуса к меньшему до соприкосновения двух половин между собой и выкладывают оставшиеся части теплозащитного покрытия. Вулканизируют теплозащитное покрытие с манжетой и наматывают силовую оболочку из полимерного композитного материала. В другом варианте способа изготовления корпуса с широкой стороны пакета из лент тканого материала дополнительно укладывают набор лент из тканого и резиноподобного материалов, последним наружу. Группа изобретений позволяет повысить надежность ракетного двигателя твердого топлива за счет равномерного распределения напряжений в соединении манжеты с теплозащитным покрытием. 4 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях корпусов ракетных двигателей твердого топлива из композиционных материалов. Корпус ракетного двигателя содержит силовую оболочку с фланцами, расположенными в полюсных отверстиях днищ, облицованную изнутри теплозащитным покрытием из резиноподобного материала с кольцами в своих торцевых частях у центральных отверстий фланцев. Со стороны внутренней поверхности, по меньшей мере, в одном фланце выполнены расположенные по соосной фланцу окружности ряд глухих резьбовых отверстий, а в кольце, соосные с отверстиями фланца, сквозные отверстия с зенковочными поверхностями с внутренней стороны. В отверстиях расположены винты, ввернутые во фланец без выступания за поверхность кольца и закрытые материалом теплозащитного покрытия. Отверстия в кольце выполнены диаметром, позволяющим смещаться винтам относительно оси отверстия при различных тепловых деформациях фланца и кольца. Кольцо выполнено из слоистого композиционного материала и расположено в массе материала теплозащитного покрытия с выходом на центральное отверстие фланца, образуя с последним единую поверхность центрального отверстия. Изобретение позволяет повысить надежность корпуса ракетного двигателя твердого топлива. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к технологии изготовления внутреннего теплозащитного покрытия корпусов ракетных двигателей из композиционных материалов. При изготовлении теплозащитного покрытия корпуса ракетного двигателя с удлиненной цилиндрической частью и с закладными элементами наносят на внутреннюю поверхность закладного элемента корпуса покрытие из невулканизованной резины. Устанавливают закладной элемент на жесткую оправку, наносят на нее слои невулканизованной резины для формирования основного массива теплозащитного покрытия и осуществляют вулканизацию. Покрытие закладного элемента предварительно вулканизуют в отдельном приспособлении. После установки закладного элемента на жесткую оправку слои невулканизованной резины выкладывают встык со слоями вулканизованного покрытия закладного элемента. При выкладке завершающего слоя невулканизованной резины перекрывают наружную поверхность закладного элемента, после чего проводят совместную вулканизацию. Изобретение позволяет повысить качество изготовления теплозащитного покрытия корпуса ракетного двигателя. 6 ил.

При изготовлении корпуса воспламенителя заряда ракетного двигателя из композиционных материалов выполняют цилиндрическую оболочку. Изготовление всех разнотипных элементов оболочки ведут из разложенного на подогреваемую поверхность расчетного для каждого последовательно выполняемого технологического передела количества препрега легко деформируемой ткани, причем армирующие волокна располагают под углом. Изготовление всех разнотипных элементов оболочки выполняют закаткой на оправку с уплотнением необходимым числом циклов повторения ее до расчетного диаметра оболочки. Подогреваемая поверхность имеет рельеф, соответствующий перепадам диаметров оправки на длине, равной длине препрега ткани при выполнении данного технологического передела. Корпус воспламенителя заряда ракетного двигателя из композиционных материалов содержит цилиндрическую оболочку с наружным теплозащитным покрытием и плоским донышком с одной стороны и свободным торцом с внутренней резьбой, закрытым съемным колпачком, с другой, образующими в совокупности внутренний объем для размещения заряда с элементами его воспламенения. Внутренняя часть цилиндрической оболочки выполнена из расчетного, конструктивно объединяющего резьбу и донышко, числа слоев препрега легко деформируемой ткани с расположением армирующих волокон под углом. Внутренняя часть цилиндрической оболочки имеет в составе внутренней резьбы кольцевые слои формирующей ее профиль нити с распространением ее на цилиндрическую часть и донышко, оформленное закладной деталью с плоским торцом со стороны внутреннего объема и резьбовым хвостовиком с наружной стороны. Группа изобретений позволяет упростить конструкцию корпуса воспламенителя и повысить его технологичность. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано в ракетных двигателях твердого топлива с зарядами из смесевых топлив, скрепленных с корпусом по цилиндрической части и раскрепленных манжетами по эллиптическим торцевым поверхностям. Скрепленный заряд ракетного твердого топлива содержит корпус, топливный заряд, теплозащитное покрытие и защитно-крепящий слой. Топливный заряд жестко скреплен с корпусом в средней части его цилиндрической поверхности через склеенные между собой теплозащитное покрытие и защитно-крепящий слой и подвижно скреплен с корпусом в остальной части его цилиндрической поверхности. Топливный заряд подвижно скреплен с корпусом посредством контактирующих между собой через смазку выступов, которыми оснащен защитно-крепящий слой, и имеющих ответную форму пазов, выполненных в теплозащитном покрытии. Изобретение позволяет повысить надежность ракетного двигателя твердого топлива. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх