- •Бийский технологический институт (филиал)
- •А.В. Яскин конструкции и отработка ракетных двигателей на твёрдом топливе
- •Содержание
- •Введение
- •1 Конструктивно-компоновочные схемы ракетных двигателей на твёрдом топливе (рдтт)
- •1.1 Общая характеристика рдтт и его составных частей
- •1.2 Физические процессы, происходящие при работе рдтт
- •1.3 Рдтт баллистических ракет и космических систем
- •1.3.1 Рдтт межконтинентальных баллистических ракет
- •1.3.2 Космические системы
- •2 Корпуса рдтт
- •2.1 Конструктивные схемы корпусов рдтт
- •1 Примотанная к силовой оболочке консольная обечайка корпуса; 2 оболочка корпуса (второй кокон); 3 силовая оболочка (первый кокон)
- •1 Корпус двигателя; 2 ракетный отсек; 3 периферийный центральный шпангоут корпуса
- •1 Нижний удлинённый узел стыка корпуса; 2 узлы крепления специального двигателя; 3 специальный двигатель
- •1 Укороченные узлы стыков корпусов двигателей верхней и нижней ступеней ракет; 2 ракетный отсек
- •1 Периферийное отверстие на корпусе с крышкой; 2 – верхнее центральное (полюсное) отверстие в корпусе с крышкой; 3 нижнее центральное (полюсное) отверстие в корпусе
- •1 Верхнее днище корпуса; 2 разъёмы на цилиндрической (конической) части корпуса; 3 нижнее днище корпуса
- •Корпуса рдтт из композиционных материалов
- •2.2.1 Общее описание конструкции корпуса
- •1 Верхний шпангоут; 2 слой резины; 3 верхний стыковочный узел; 4 эластичный клин; 5 нижний шпангоут; 6 заклепки
- •2.2.2 Обеспечение герметичности корпусов
- •2.2.3 Конструкционные и теплозащитные материалы
- •2.3 Металлические корпуса рдтт
- •2.3.1 Особенности конструирования металлических корпусов
- •1, 3 Шпангоуты; 2 обечайки
- •1, 3, 10 Фланцы; 2 переднее днище; 4, 7, 8 шпангоуты; 5 обечайка; 6 пластиковый слой; 9 заднее днище; I местное увеличение толщины обечайки в зоне сварки
- •1 Шпангоут; 2 днище; 3 фланец
- •1 Крышка; 2, 4, 8 шпангоуты; 3 обечайка; 5, 7 регулировочные кольца; 6 корпус газосвязи; 9 соединительная труба
- •2.3.2 Корпуса рдтт вспомогательного назначения
- •1 Днище; 2 коническая обечайка; 3 теплозащитное покрытие; 4 манжета (бронирующий чехол); 5 стыковочный шпангоут; 6 крепление манжеты к тзп
- •1 Стыковочный шпангоут; 2 обечайка корпуса; 3 теплозащитное покрытие; 4 эластичный клин
- •2.4 Сборка корпуса рдтт с передней крышкой и сопловым блоком
- •2.4.1 Разъёмные соединения
- •2.4.2 Уплотнительные узлы и устройства
- •2.4.3 Методы контроля степени негерметичности
- •3 Сопловые блоки рдтт
- •3.1 Типовая конструкция сопла. Применяемые материалы
- •1 Утопленная часть; 2 раструб; 3 разрезное кольцо; 4 теплоизолирующая подложка; 5, 6 шпонки
- •3.2 Сопла с переменной степенью расширения
- •1 Сопло; 2 утопленное сопло; 3 раздвижное сопло
- •3.3 Конструкции сопловых заглушек
- •4 Узлы системы запуска, отсечки тяги рдтт
- •4.1 Узлы системы запуска двигателя
- •4.1.1 Инициаторы
- •4.1.2 Узлы газовой связи
- •4.1.3 Воспламенители
- •1 Футляр; 2 навеска
- •1 Пакет; 2 навеска
- •1 Мембрана; 2 крышка; 3 воспламенитель; 4 воспламенительный состав; 5 корпус; 6 герметизирующая оболочка; 7 форсажная трубка
- •1 Фланец; 2 предвоспламенитель в футляре; 3 плетеный каркас; 4 топливные шашки; 5 центрирующая форсажная трубка
- •4.2 Узлы отсечки тяги
- •1 Дуз; 2 пиродетонатор; 3 раструб отсечки; 4, 6 положение
- •7 Передающий дуз
- •5 Заряды рдтт
- •5.1 Основные конструктивные формы зарядов твёрдого топлива
- •5.2 Особенности работы торцевого заряда, прочно скреплённого с корпусом
- •5.3 Бронирующие покрытия
- •6 Перспективные композиционные материалы для рдтт
- •7 Опытно-конструкторские работы по созданию рдтт
- •7.1 Организация опытно-конструкторских работ (окр)
- •7.2 Этапы создания ракет и рдтт и задачи, решаемые при проектировании
- •7.3 Структура методических документов для отработки рдтт
- •7.4 Виды испытаний рдтт
- •7.5 Анализ отказов рдтт при стендовых испытаниях
- •8 Оснащение баллистических ракет подводных лодок (брпл) твёрдотопливными зарядами разработки фнпц «алтай»
- •8.1 Первая отечественная твёрдотопливная ракета морского базирования рсм-45
- •8.2 Твёрдотопливная ракета морского базирования рсм-52 («Тайфун»)
- •8.3 Твёрдотопливная ракета морского базирования рсм-52в («Барк»)
- •8.4 Эффективность проведённых разработок
- •8.5 О ликвидации зарядов рдтт после завершения срока службы ракеты
- •8.6 Применение флегматизирующих покрытий для регулирования расхода рдтт
- •Приложение а Проектирование и проектный расчёт заряда рдтт
- •А.2 Основные расчётные зависимости, используемые при проектировании заряда рдтт а.2.1 Расчёт площади горящей поверхности
- •А.2.2 Давление в камере сгорания
- •А.2.3 Текущие массовый расход продуктов сгорания и тяга рдтт
- •А.2.4 Определение проектных средних параметров заряда
- •А.2.5 Предельное максимальное давление в камере сгорания
- •А.3 Расчёт характеристик заряда а.3.1 Перечень исходных данных для курсового проекта
- •А.3.2 Перечень выполняемых расчётных работ в курсовом проекте
- •А.4 Требования к содержанию и оформлению курсового проекта
- •А.5 Пример расчёта а.5.1 Исходные данные
- •А.5.2 Расчёт
- •Литература
- •Конструкции и отработка ракетных двигателей на твёрдом топливе
2.2.2 Обеспечение герметичности корпусов
Композиционные материалы, используемые в конструкции корпусов РДТТ, представляют собой гетерогенные среды, жёсткость и прочность которых определяется армирующими элементами (волокнами, нитями, жгутами, тканями и т.д.), а совместная работа этих элементов обеспечивается изотропным связующим. Вследствие такой внутренней структуры газопроницаемость композиционных материалов весьма высока [1].
Газопроницаемость композиционных материалов носит диффузионный или капиллярный характер. Механизм диффузионной проницаемости связан со способностью композиционных материалов растворять в себе газы. Он заключается в сорбции газа поверхностью композита, растворении его в толще материала и в десорбции с обратной стороны стенки. Однако, как показывает опыт и практика, доля диффузионной проницаемости в общей проницаемости композита незначительна.
Композиционные материалы, полученные методом намотки, имеют в своей структуре несплошности в виде пор, трещин, расслоений и др. Несплошности имеют место внутри нитей и прядей армирующего материала, а также по границе органоволокно–смола. В связи с этим проницаемость композиционного материала в трансверсальном направлении (поперёк волокон армирующего материала) значительно меньше, чем его проницаемость вдоль волокон армирующего материала [1].
Несплошности композиционного материала по характеру течения в них газа могут быть классифицированы в зависимости от эквивалентного диаметра на микрокапилляры (с эквивалентным диаметром менее 0,0002 мм), макрокапилляры (с эквивалентным диаметром от 0,0002 до 0,5 мм) и сверхкапилляры (с эквивалентным диаметром более 0,5 мм). Проницаемость композиционных материалов носит преимущественно макрокапиллярный характер [1].
Установлено, что проницаемость пластиков резко возрастает при некоторых нагрузках, определяемых как предел трещиностойкости материала, который характеризует момент начала растрескивания полимерной матрицы и связанного с этим образования значительного количества новых микротрещин. Этот момент может быть принят за начало разгерметизации конструкции из композиционных материалов, так как потеря герметичности происходит вследствие образования и прорастания трещин в прослойках связующего между волокнами или на границах волокно–связующее. Предел трещиностойкости композиционного материала имеет довольно широкий диапазон, составляющий от 0,15 до 0,5 предела прочности на растяжение, причем нижний предел относится к структурам, армированным однонаправленными нитями, лентами и жгутами.
Таким образом, очевидно, что герметичность оболочки из композиционного материала может быть обеспечена либо повышением монолитности и трещиностойкости композиционного материала в результате улучшения его микроструктуры, либо нанесением на поверхность герметизирующего слоя из эластичного материала с низкой газопроницаемостью [1].
К материалам, используемым для герметизации корпусов РДТТ, предъявляют требования по газонепроницаемости, плотности, эластичности, адгезии к композиционному материалу, резине, металлам и другие, которые вызваны условиями работы этих материалов в конструкции, а также технологией их переработки. Перечисленным требованиям в той или иной мере удовлетворяют герметизирующие материалы и резины. В качестве материала герметизирующего слоя можно использовать металлизированные плёночные материалы и алюминиевую фольгу [1].