NO171648B - Fremgangsmaate for fremstilling av et forbrenningskammer for rakettmotor med fast drivstoff - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av et forbrenningskammer for rakettmotorer med fast drivstoff, som angitt i ingressen til det etterfølgende krav r.

Et drivstoff for faste rakettmotorer omfatter vanligvis en drivstoff-pulverblokk beliggende innvendig i en rørformet konstruksjon eventuelt med en mellomliggende varmebeskyttelse, samt front- og bakvegger som er forbundet med den rørformete konstruksjon. Enheten som dannes av rørkonstruksjonen og de to vegger utgjør forbrenningskammeret.

Idag benyttes forskjellige metoder for fremstilling av rakettmotorer for fast drivstoff.

Noen av disse metoder går i første rekke ut på å fremstille kammer-rørkonstruksjonen, og deretter innstøpe driv-stof f blokken i dette. Dette er tilfellet ved rakettmotorer av metall eller av sammensatt materiale. Enheten kan fullføres med løsbare endevegger som fastkiles i stilling som beskrevet 1 fransk patentsøknad nr. 86 00 877 (publikasjonsnr. 2 593 238). Kammeret som oppnås ifølge denne teknikk er stivt og tåler høye temperaturer på grunn av at dets bestanddeler er fremstilt separat og at de fordringer som stilles til hver del i et slikt tilfelle kan imøtekommes.

Det er imidlertid meget vanskelig med denne spesielle teknikk, å innføre drivstoffet, som består av en blokk eller eventuelt av en av segmenter sammensatt enhet, i forbrenningskammerets rørkonstruksjon, ettersom dette fører til at kompli-serte sammensetninger må utføres i blinde.

Fransk patent nr. 1 386 856 foreslår å fremstille for-brenn ingskammer et i modulform, hvor hver modul omfatter en rørformet sektor som utgjør en del av rørkonstruksjonen, og en sylindrisk sektor som utgjør en del av drivstoffblokken og er festet på rørsektoren. Når det gjelder rakettmotorer med store dimensjoner, var oppgaven å overføre modulene separat til utskytningsstedet for å monteres der, hvorved man unngikk å måtte transportere det ferdig monterte drivkammer. Denne fremgangsmåte innebærer utvilsomt problemer som er vanskelige å løse, både med hensyn til fremstilling av modulene og deres montering med sikte på å oppnå, ved enkel sammenføyning av modulene, et kammer hvor både drivstoffblokken og rørkonstruk-sjonen er uten feil.

En annen kjent fremgangsmåte, som f.eks. beskrevet i fransk patent nr. 1 356 673 eller, mer nylig, i fransk patent nr. 83 15 263 (publikasjons nr. 2 552 494) tilhørende søkeren, går ut på først å fremstille drivstoffet og deretter forbrenningskammerets rørkonstruksjon i et filament-komposittmateriale, som f.eks. av glass/epoksyharpiks-typen eller av karbon/- epoksyharpiks-typen, ved å vikle materialet på drivstoffet og polymerisere harpiksen. Denne teknikk krever imidlertid bruk av en harpiks som har en forholdsvis lav polymeriseringstempe-ratur, dvs. mindre enn ca. 100°C, på grunn av nærværet av drivstoffet. Det blir da vanskelig, om ikke umulig, å oppnå en konstruksjon som vil være fullt ut istand til å tåle den varme som prosjektilet inneholdende rakettmotoren utsettes for.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er følgelig å til-veiebringe en fremgangsmåte som gjør det mulig å fremstille forbrenningskammere hvis mekaniske ytelse praktisk talt ikke påvirkes av varmen som oppstår under drift og uten spesielle vanskeligheter for anbringelse av drivstoffet selv når dette består av sammensatte segmenter, og for montering av kammeret.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved en fremgangsmåte av den innledningsvis angitte art, med de nye og særegne trekk som er angitt i karakteristikken til det etterfølgende krav l. Fordelaktige utføringsformer av oppfinnelsen er angitt i de øvrige, etterfølgende krav.

På grunn av at rørsektorene er fremstilt separat av et komposittmateriale der matriksen er en harpiks med høy varmefasthet, hvilket gir materialet større immunitet mot de høye temperaturer som opptrer under drift, kan de ved fremstilling få den nødvendige stivhet og temperaturfasthet. Men harpikser med høy varmefasthet har som regel høye polymeriseringstempe-raturer, hvilket gjør det umulig å bruke dem i kjente metoder hvor rørkonstruksjonen utgjøres av et filament-komposittmateriale som er viklet direkte på drivstoffet.

Rørsektorene kan fremstilles ved langsgående oppskjæring av et prefabrikert rør. Omkretsviklingen sikrer motstand mot trykket i forbrenningskammeret under drift, mens rørkonstruk-sjonen som dannes av de sammensatte rørsektorer sikrer dets stivhet.

Oppfinnelsen vil bli bedre forstått ut fra følgende beskrivelse i tilknytning til de medfølgende tegninger, hvor: Figur 1 er et snitt som viser drivstoff-enheten bestående av to segmenter, og front- og bakvegger, Figur 2 er et perspektivriss av et rør som er delt i langsgående sektorer, Figur 3 er et snitt som viser hvordan sektorene som danner forbrenningskammerets rørkonstruksjon er montert på drivstoffet,

Figur 4 viser en omkretsvikling på rørsektorene,

Figur 5 og 6 viser suksessive trinn i en variant-utfø-ringsform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, og Figur 7 viser en variant av rørkonstruksjonen på drivmidlet.

Samme henvisningstall betegner identiske eller liknende elementer i de forskjellige figurer.

På figur 1 er vist et drivmiddel 10 dannet av to sammensatte segmenter 12 som på sin omkrets kan være utstyrt med et varmebeskyttende lag 11 for å beskytte forbrenningskammer-konstruksjonen under drift. Drivmidlet 10 er utstyrt med prefabrikert bakvegg 14 og frontvegg 16, som hver har en sylindrisk utvendig overflate. Frontveggen omfatter et sete 17 og bakveggen bærer en dyse 15.

Forbrenningskammerets rørkonstruksjon kan fremstilles av et prefabrikert rør som er skåret i to sektorer i lengderet-ningen over hele sin lengde, som vist i figur 2. I dette eksempel er røret 20 delt i to like sektorer 22, 24.

Rørsektorene er utformet av et fiberarmert komposittmateriale hvis armeringsfibre fortrinnsvis er aksielt eller tilnærmet aksielt orientert for å gi røret god stivhet. Som en antydning kan komposittmaterialet som utgjør røret være av karbon/epoksyharpiks-typen.

Sektorene 22 og 24 er festet rundt drivstoffet 10 ved hjelp av et klebemiddel. Rørets 2 0 diameter må selvsagt velges slik at den passer til drivstoffblokkens 10 diameter, for helt ut å gjenskape den rørformete konstruksjon ved sammensetting av sektorene kant mot kant.

I det beskrevne eksempel, og som vist i figur 3 og 4, er sektorene 22 og 24 plassert over drivmidlet (figur 3), deretter er en vikling anbrakt på den gjenskapte rørkonstruksjon (figur 4). Viklingen er utført stort sett langs omkretsen, eller nesten langs omkretsen. I praksis kan omkretsviklingen 28 bestå av en skruevikling med meget liten stigning fremstilt av en bunt av kontinuerlige filamenter flere lag legges gene-relt på hverandre for å oppnå den nødvendige tykkelse.

Antydningsvis er materialet som utgjør omkretsviklingen av typen aramid/epoksy, hvis harpiks har en polymeriserings-temperatur lavere enn ca. 100°C.

Omkretsviklingen som er dannet på ovennevnte måte sikrer i vesentlig grad motstand mot det innvendige trykk i forbrenningskammeret under drift. Stivheten tilveiebringes av rør-konstruksjonen som utgjøres av de sammensatte sektorer. Sektorene 22 og 24, som er fremstilt helt separat fra drivmidlet, kan fremtilles på en slik måte at de uten unntak gir konstruksjonen alle de nødvendige egenskaper. Særlig når det gjelder et komposittmateriale vil materialmatriksen fordelaktig bestå av en harpiks med høy varmefasthet, for å beskytte forbrenningskammerets rørkonstruksjon mot varmen som opptrer ved drift.

I eksempler vist i figur 3 og 4 strekker rørkonstruksjo-nen som består av sektorene 22, 24 seg utenfor forbrenningskammerets front- og bakvegg, og danner derved skjørt 26 som muliggjør tilkopling til andre elementer. For å oppta de dreiekrefter som virker på konstruksjonen når prosjektilet som bærer drivmotoren anvendes, kan konstruksjonen være utstyrt med en midlertidig skruevikling, f.eks. ved 45° eller et over-trekk. Deretter pålegges som tidligere en omkretsvikling på rørkonstruksjonsenheten.

Det skal bemerkes at i tilfellet på figur 3 og 4 blir bakveggen 14 og frontveggen 16 ved hjelp av klebemiddel forbundet med rørkonstruksjonen når sistnevnte sammensettes.

Ifølge en variant, som vist på figur 5 og 6, blir settet 17 og dysen 15 montert direkte på drivstoffets 10 endepartier.

De to sektorer 22, 24 anbringes på drivstoffet med mellomliggende klebemiddel og på de partier av setet 17 og dysen 15 som ligger inntil drivmidlet (figur 5). Det således dannete rør utgjør ikke lenger et skjørt. Setets 17 og utløpsrørets 15 forbindelse med rørkonstruksjonen rundt drivstoffet oppnås ved hjelp av en skruevikling 25 som utføres samtidig på setet og dysen og på det gjenskapte rør (figur 5). Deretter fullføres konstruksjonen av forbrenningskammeret ved hjelp av en omkretsvikling 28 anordnet på rørkonstruksjonen, over skrueviklingen 25, som ovenfor forklart (figur 6).

Som det lett vil forstås kan man, som en supplerende variant, anta utformingen ifølge figur 3 og 4 for forparten og utformingen ifølge figur 5 og 6 for bakparten.

Det omvendte er også mulig, dvs. å anta utformingen ifølge figur 5 og 6 for forpartiet og utformingen ifølge figur 3 og 4 for bakpartiet.

I det foregående har man foreslått tilfellet med en rør-formet konstruksjon fremstilt av et rør som er delt i to like sektorer. Det skal imidlertid forstås at antall sektorer kan være større, idet hver sektor strekker seg fortrinnsvis over en sirkelbue som ikke overskrider 180°.

Fremstillingen av slike sektorer kan utføres på hvilken som helst måte. Således kan disse sektorer oppnås f.eks. ved å utføre et sylindrisk rør forsynt med plane flater for langsgående oppskjæring i sektorer, eller ved å forme eller støpe sektorene.

Den rørformete konstruksjon kan også fremkomme ved å variere sektorenes posisjon. Den kan f.eks. dannes av et antall lag av sektorer sammensatt kant mot kant. Figur 7 viser et slikt arrangement av fire parvis sammensatte sektorer. Sektorene 22 og 24 er montert på drivstoffet, deretter sektorene 21 og 23, konsentrisk og vinkelforskjøvet for å unngå overlagring av skjøtlinjene.

Et segmentert drivstoff er også vist i figur 1, 3 og 5. Den beskrevne teknikk for konstruksjon av forbrenningskammeret på segmentene er selvsagt også anvendbar for et drivstoff bestående av en enkelt blokk.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av et forbrenningskammer for rakettmotorer med fast drivstoff, som innbefatter fremre og bakre endedeksler (16,14), omfattende separat fremstilling av drivstoffet (10), utforming av en rørformet konstruksjon som omslutter drivstoffet, er forbundet med dette og utgjøres av kant mot kant-sammenstilte rørsektorer (22, 24), og utforming av en omkretsvikling (28) rundt den rørformete konstruksjon, karakterisert ved at: drivstoffet utformes av minst én sylindrisk blokk, det anvendes rørsektorer (22, 24) som er fremstilt av et komposittmateriale hvis matriks har høy varmefasthet; det fremre og bakre endedeksel (16, 14) monteres på drivstoffet ved dettes endepartier, og den rørformete konstruksjon dannes deretter ved å anbrin-ge rørsektorene (22, 24) rundt drivstoffet (10) og endedeksle-ne (16, 14) med innføring av et klebemateriale, før omkretsviklingen (28) utføres.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den rørformete konstruksjon som utgjøres av rør-sektorene (22, 24) danner et skjørt (26) ved minst en ende av forbrenningskammeret, og at en midlertidig skruevikling utfø-res over hele lengden av den rørformete konstruksjon før omkretsviklingen (28) utføres, for å forbedre motstanden mot vridningskrefter.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at før utformingen av omkretsviklingen (28) utformes en skruevikling på den rørformete konstruksjon og på minst ett endedeksel (16, 14), for å fullføre forbindelsen mellom disse.

4. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at drivstoffet (10) utformes ved sammensetting av et antall segmenter (12).

5. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at den rørformete konstruksjon utformes av et antall lag av sektorer (22, 24;

21, 23) som sammensettes kant mot kant.