RU2190113C2

RU2190113C2 - Bonder charge

Info

Publication number: RU2190113C2
Application number: RU2000121524A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Зыков; Е.И. Иоффе; С.В. Лянгузов; Я.К. Шляпин; Г.Н. Амарантов; Г.Н. Баранов; В.Я. Шамраев
Original assignee: Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра"
Priority date: 2000-08-10
Filing date: 2000-08-10
Publication date: 2002-09-27

Abstract

FIELD: solid-propellant rocket engines. SUBSTANCE: bonded solid-propellant charge has organic plastic case of high aspect ratio with internal heat-protective coat and channel slotted charge bonder to it; it is made from propellant containing plasticizing agent; layer of heat-protective coat bonded with charge also contains plasticizing agent. Layer of heat-protective coat is divided along length of case into two parts: one part located opposite slots of charge contains mechanical inclusions of asbestos fiber. Heat-protective coat in rear part of case contains erosionresistant layers (for example, asbestos Dacron fabric coated with rubber). Liquid in between layer of heat-protective coat containing plasticizing agent and organic plastic case is layer of rubber containing neither plasticizing agent nor mechanical inclusions. EFFECT: reduced mass; enhanced reliability of change. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании РДТТ с органопластиковым корпусом большого удлинения и прочноскрепленным зарядом, предназначенного для эксплуатации в широком температурном диапазоне. The invention relates to rocketry and can be used to create solid propellant rocket motors with an organoplastic body of large elongation and a sturdily charged charge, designed for operation in a wide temperature range.

Известно, что скрепление заряда с корпусом РДТТ повышает энергомассовые характеристики двигателя за счет увеличения коэффициента объемного заполнения и выполнения зарядом функций теплозащиты корпуса. Эти очевидные преимущества могут быть реализованы при комплексном решении научно-технических проблем, проявляющихся при изготовлении, эксплуатации и работе системы "заряд-корпуc", называемой по установившейся терминологии "заряд скрепленный" (другое название - "корпус снаряженный"). К таким проблемам относятся вопросы:
совместной полимеризации при изготовлении;
совместного напряженно-деформированного состояния при различных видах температурных и механических нагружений;
адгезии материалов;
стабильности физико-механических и физико-химических характеристик (особенно по границам между разнородными материалами).It is known that bonding a charge to a solid propellant motor housing increases the energy-mass characteristics of the engine by increasing the volumetric filling coefficient and performing the charge's thermal protection functions. These obvious advantages can be realized in a complex solution of scientific and technical problems that are manifested in the manufacture, operation and operation of the charge-shell system, which is called in the established terminology “bonded charge” (another name is “charged body”). Such problems include questions:
joint polymerization in the manufacture;
joint stress-strain state under various types of temperature and mechanical loads;
adhesion of materials;
stability of physico-mechanical and physico-chemical characteristics (especially along the boundaries between dissimilar materials).

Расширение температурного диапазона эксплуатации (±50^oС), требующееся для многих типов РДТТ, обостряет перечисленные проблемы за счет:
- интенсификации напряженно-деформированного состояния от температурных нагружений;
- необходимости специфического изменения рецептур на материалы с целью обеспечения их работоспособности в указанном температурном диапазоне, а также, сокращения (за счет невозможности эксплуатации в широком температурном диапазоне) номенклатуры материалов, обеспечивающих работоспособность изделия.The expansion of the operating temperature range (± 50 ^o C), required for many types of solid propellant rocket motors, exacerbates these problems due to:
- intensification of the stress-strain state from temperature loads;
- the need for a specific change in the formulations for materials in order to ensure their operability in the specified temperature range, as well as to reduce (due to the inability to operate in a wide temperature range) nomenclature of materials that ensure the operability of the product.

Топлива, допускающие эксплуатацию в широком температурном диапазоне, имеют специфические рецептуру и свойства. Эти топлива характеризуются пониженной адгезией с материалами теплозащиты и, соответственно, требуют специальных рецептур теплозащитных покрытий (ТЗП), совместимых с такими топливами. Наиболее распространены заряды скрепленные из этих топлив, имеющие металлические корпуса, т.к. металл является надежным барьерным слоем, препятствующим миграции пластификатора из массы заряда. Вопросы миграции пластификатора сдерживают внедрение органопластиковых корпусов в РДТТ, эксплуатирующихся в широком температурном диапазоне, т.к. известные барьерные слои из фторсодержащих резин имеют высокую температуру стеклования, не допускающую их использование при температурах до минус 50^oС. Изготовление и эксплуатация заряда скрепленного без барьерного слоя могут быть сопряжены со снижением надежности и ухудшением энергомассовых характеристик РДТТ. Процесс миграции пластификатора в слои ТЗП приводит к уменьшению концентрации пластификатора в пристеночных слоях заряда. Следствием этого является увеличение скорости горения топлива в пристеночном слое; снижение физико-механических характеристик органопластикового корпуса при проникновении пластификатора в органопластик.Fuels that can be used in a wide temperature range have specific recipes and properties. These fuels are characterized by reduced adhesion with heat-shielding materials and, accordingly, require special formulations of heat-shielding coatings (TZP) compatible with such fuels. The most common charges bonded from these fuels having metal bodies, as metal is a reliable barrier layer that prevents the migration of plasticizer from the charge mass. Plasticizer migration issues hinder the introduction of organoplastic housings in solid propellant rocket motors operating in a wide temperature range, because known barrier layers of fluorine-containing rubbers have a high glass transition temperature that does not allow their use at temperatures up to minus 50 ^° C. The manufacture and operation of a charge bonded without a barrier layer can be associated with a decrease in reliability and a deterioration in the energy and mass characteristics of solid propellant solid propellant. The process of migration of plasticizer into the layers of TZP leads to a decrease in the concentration of plasticizer in the wall layers of charge. The consequence of this is an increase in the rate of combustion of fuel in the parietal layer; a decrease in the physico-mechanical characteristics of the organoplastic body during the penetration of the plasticizer into organoplastics.

Большое удлинение корпуса РДТТ накладывает свои особенности на специфику заряда скрепленного. Вследствие того, что для многих зарядов с большим удлинением диаметр критического сечения сопла больше диаметра канала заряда, однозначно определяется оптимальная форма такого заряда (канально-щелевой заряд с задним расположением щелей). При этом отметим, что толщина горящего свода задней (щелевой) части заряда существенно меньше, чем в передней (канальной) части. Это означает, что сзади горящий свод при работе быстро выходит на внутреннюю поверхность корпуса, играющую в дальнейшем роль газовода с большой скоростью газового потока, и, как следствие, вызывает необходимость усиленной эрозионной и тепловой защиты. The large lengthening of the solid propellant rocket housing imposes its features on the specificity of the bonded charge. Due to the fact that for many charges with a large elongation, the diameter of the critical section of the nozzle is larger than the diameter of the charge channel, the optimal shape of such a charge (channel-gap charge with a rear arrangement of slots) is uniquely determined. It should be noted that the thickness of the burning arch of the rear (slotted) part of the charge is significantly less than in the front (channel) part. This means that the back of the burning arch during operation quickly goes to the inner surface of the casing, which later plays the role of a gas duct with a high gas flow rate, and, as a result, necessitates enhanced erosion and thermal protection.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является схема заряда скрепленного РДТТ [Липанов А.М., Алиев А.В. Проектирование ракетных двигателей твердого топлива: Учебник для студентов вузов: М.: Машиностроение, 1995.- 400 с.: ил. Рисунок 7.15 (б), с. 241]. Недостатком заряда скрепленного этой схемы при ее использовании для органопластикового корпуса большого удлинения, предназначенного для эксплуатации в широком температурном диапазоне, является необходимость решения вышеперечисленных проблем. The closest in technical essence and the achieved positive effect is the charge circuit of the fixed solid propellant solid propellant rocket [Lipanov AM, Aliev A.V. Design of solid propellant rocket engines: Textbook for university students: M .: Mechanical Engineering, 1995.- 400 pp., Ill. Figure 7.15 (b), p. 241]. The disadvantage of the charge bonded to this circuit when it is used for an organoplastic case of large elongation, designed for operation in a wide temperature range, is the need to solve the above problems.

Технической задачей настоящего изобретения является снижение массы и повышение надежности. An object of the present invention is to reduce weight and increase reliability.

Решение этой задачи в известном заряде скрепленном, содержащем органопластиковый корпус большого удлинения с внутренним ТЗП и прочноскрепленным с ним канально-щелевым зарядом с щелями в задней части, изготовленным из топлива, содержащего пластификатор, причем, скрепленный с зарядом слой ТЗП также содержит пластификатор, достигается тем, что скрепленный с зарядом слой ТЗП по длине корпуса разделен на две части, одна из которых, расположенная напротив щелей заряда, содержит механические включения асбоволокна, кроме того, в задней части корпуса ТЗП содержит эрозионно-стойкие слои (например, покрытую резиной асболавсановую ткань). Между слоем ТЗП, содержащим пластификатор, и органопластиковым корпусом расположен слой резины, не содержащей пластификаторов и механических включений. Эрозионно-стойкие слои взаимоперекрыты внахлест. The solution to this problem is in a known bonded charge containing a large-elongated organoplastic case with an internal TZP and a channel-slit charge firmly bonded to it with slots in the rear part made of fuel containing a plasticizer, and the TZP bonded with charge layer also contains a plasticizer, which is achieved by that the TZP bonded with charge along the length of the housing is divided into two parts, one of which, located opposite the charge slots, contains mechanical inclusions of asbovolok, in addition, in the back of TZP containment contains erosion-resistant layers (for example, rubber-coated asbolavsan fabric). Between the TZP layer containing the plasticizer and the organoplastic body is a rubber layer that does not contain plasticizers and mechanical impurities. Erosion-resistant layers overlap overlap.

Технический результат достигается за счет того, что введение в состав контактирующего с зарядом слоя ТЗП пластификаторов обеспечивает близость характеристик ТЗП к характеристикам заряда, улучшая тем самым совместимость этих материалов и их адгезию. Насыщенность пластификатором слоя ТЗП снижает степень миграции пластификатора из заряда. Надежная адгезия органопластика с сильно пластифицированной резиной обеспечивается через слой не пластифицированной резины, одновременно являющийся гермослоем (пластифицированная резина, особенно, с асбовключениями, не является герметичной). Несмотря на то, что данный гермослой не является полноценным барьерным слоем для пластификатора (при изготовлении (полимеризации) и эксплуатации пластификатор постепенно пропитывает этот слой), гермослой существенно снижает уровень миграции из пластифицированного слоя ТЗП. С учетом того, что в задней щелевой части горящий свод заряда при работе быстро выходит на внутреннюю поверхность корпуса, играющую в дальнейшем роль газовода с большой скоростью газового потока, уносы пластифицированной резины составляли бы неприемлемо большую величину. Введение в пластифицированную резину механических включений асбоволокна на какое-то время задерживает унос (а, значит, и прогрев) ТЗП, но радикально вопрос эрозионной защиты не решает. Эрозионную защиту обеспечивают слои асболавсановой ткани. Теплозащитные свойства такому покрытию и адгезию между слоями обеспечивает покрытие резиной асболавсановой ткани. Благодаря черепицеобразной схеме выкладки (внахлест) воздействию газового потока подвергается только часть эрозионно-стойкого слоя, расположенная на поверхности покрытия, нижележащего по потоку. Даже после полной прококсовки этой выступающей в поток части и, следовательно, потери адгезии она продолжает некоторое время удерживаться за счет скрепления с такой же частью соседнего эрозионно-стойкого слоя, расположенной выше по потоку и заглубленной под вышележащий слой. Такая схема обеспечивает меньшую скорость эрозионного разрушения по сравнению с простой послойной выкладкой асбоармированных слоев, поскольку в последнем случае после потери адгезии вследствие прококсовки срыв асбоармированного слоя может наступить немедленно. Кроме того, механический срыв протяженного участка эрозионно-стойкого слоя может захватывать и участки с еще не полностью прококсованным покрытием, что еще более ускоряло бы процесс разрушения ТЗП, выполненного простой послойной выкладкой по сравнению с ТЗП предлагаемой схемы. The technical result is achieved due to the fact that the introduction of plasticizers in contact with the charge layer of TZP plasticizers ensures that the characteristics of TZP are similar to the charge characteristics, thereby improving the compatibility of these materials and their adhesion. The saturation of the layer of plasticizer TZP reduces the degree of migration of the plasticizer from the charge. Reliable adhesion of organoplastics with highly plasticized rubber is ensured through a layer of non-plasticized rubber, which at the same time is a hermetic layer (plasticized rubber, especially with asbestos inclusions, is not airtight). Despite the fact that this hermetic layer is not a complete barrier layer for the plasticizer (during manufacture (polymerization) and operation, the plasticizer gradually impregnates this layer), the hermetic layer significantly reduces the level of migration from the plasticized layer of TZP. Taking into account the fact that in the back slit part, the burning charge arch quickly goes to the inner surface of the housing during operation, which later plays the role of a gas duct with a high gas flow rate, the entrainment of plasticized rubber would be an unacceptably large amount. The introduction of mechanical inclusions of asbofiber into plasticized rubber for some time delays the ablation (and, therefore, heating) of the heat-transfer agent, but does not radically solve the issue of erosion protection. Erosion protection is provided by layers of asbolavsan tissue. The heat-shielding properties of such a coating and adhesion between the layers are ensured by the rubber coating of asbolavsan fabric. Due to the tile-like layout (lap), only a part of the erosion-resistant layer located on the surface of the coating lying downstream is exposed to the gas flow. Even after the complete coking of this part protruding into the flow and, consequently, the loss of adhesion, it continues to be held for some time by bonding with the same part of the adjacent erosion-resistant layer located upstream and buried under the overlying layer. Such a scheme provides a lower rate of erosion destruction in comparison with a simple layered lay-up of asbestos-reinforced layers, since in the latter case, after loss of adhesion due to coking, the asbestos-reinforced layer can be torn off immediately. In addition, the mechanical breakdown of an extended section of an erosion-resistant layer can also capture areas with a not yet fully coked coating, which would further accelerate the destruction of TZP made by simple layering in comparison with the TZ of the proposed scheme.

Описанная структура теплозащитного покрытия при минимальных толщинах и массе обеспечивает надежную работоспособность заряда скрепленного с органопластиковым корпусом большого удлинения при всех режимах изготовления и эксплуатации. Указанное техническое решение неизвестно из патентной и технической литературы. The described structure of the heat-shielding coating with minimum thickness and weight ensures reliable performance of the charge bonded to the organoplastic case of large elongation under all modes of manufacture and operation. The specified technical solution is unknown from the patent and technical literature.

Изобретение поясняется следующим графическим материалом. The invention is illustrated by the following graphic material.

На фиг.1 показан продольный разрез заряда скрепленного. Figure 1 shows a longitudinal section of the charge bonded.

На фиг.2 показана структурная схема теплозащитного покрытия (выноски А и В фиг.1). Figure 2 shows a structural diagram of a heat-shielding coating (callouts A and B of figure 1).

Заряд скрепленный содержит органопластиковый корпус 1 большого удлинения с внутренним ТЗП и прочноскрепленный с ним канально-щелевой заряд 2 с щелями 3 в задней части. Заряд 2 изготовлен из топлива, содержащего пластификатор. Скрепленный с топливом (зарядом 2) слой ТЗП (разбитый на две части 4 и 5) насыщен пластификатором (марка пластификатора ТЗП может отличаться от марки пластификатора топлива). Напротив щелей 3 заряда 2 часть 5 пластифицированного слоя ТЗП для повышения эрозионной стойкости содержит механические включения асбоволокна (выноска В, фиг.2). Эта часть 5 ТЗП своей второй стороной скреплена с эрозионно-стойкими слоями 6. Эрозионно-стойкие слои 6 представляют собой асболавсановую ткань, скрепленную с двух сторон с резиной (не пластифицированной). Слои 6 внахлест взаимоперекрывают друг друга. Адгезия слоя 4 ТЗП, содержащего пластификатор, с органопластиковым корпусом 1 обеспечивается слоем резины 7, не содержащим пластификаторов и механических включений. Слой 7 проходит по всей длине корпуса 1 (перекрывая как пластифицированный слой 4 (выноска А, фиг. 2), так и эрозионно-стойкий слой 6 (выноска В, фиг.2), обеспечивая тем самым герметичность (газонепроницаемость) корпуса 1. The bonded charge contains an organoplastic case 1 of large elongation with an internal TZP and a channel-slotted charge 2 with slots 3 in the rear part which is firmly bonded with it. Charge 2 is made of fuel containing a plasticizer. Bonded with fuel (charge 2), the TZP layer (divided into two parts 4 and 5) is saturated with a plasticizer (the TZP plasticizer grade may differ from the fuel plasticizer grade). Opposite the slots 3 of the charge 2 part 5 of the plasticized layer TZP to increase erosion resistance contains mechanical inclusions of asbofiber (callout B, figure 2). This part 5 of the heat-resistant composite layer is bonded with erosion-resistant layers 6. Its erosion-resistant layers 6 are asbolavsan fabric bonded on both sides with rubber (not plasticized). Layers 6 overlapping each other. The adhesion of the layer 4 TZP containing plasticizer, with an organoplastic body 1 is provided by a layer of rubber 7 that does not contain plasticizers and mechanical impurities. Layer 7 extends along the entire length of the housing 1 (overlapping both the plasticized layer 4 (callout A, FIG. 2) and the erosion-resistant layer 6 (callout B, FIG. 2), thereby ensuring the tightness (gas impermeability) of the housing 1.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При изготовлении заряда скрепленного (совместной полимеризации) обеспечивается надежная адгезия слоев и наблюдаются процессы взаимообмена пластификаторами пристеночного слоя заряда 2 и пластифицированного слоя 4 и 5 ТЗП, а также незначительная миграция пластификатора из слоя 4 в слой 7 и из слоя 5 в слой 6. При этом сводятся к минимуму такие негативные явления, как обеднение пластификатором пристеночного слоя заряда 2 и проникновение пластификатора в материал органопластика 1. In the manufacture of bonded (co-polymerization) charge, reliable adhesion of the layers is ensured and the processes of exchange of plasticizers between the near-wall charge layer 2 and plasticized layer 4 and 5 of TZP are observed, as well as a slight migration of plasticizer from layer 4 to layer 7 and from layer 5 to layer 6. negative phenomena such as depletion of a parietal charge layer 2 by a plasticizer and penetration of a plasticizer into an organoplastics material 1 are minimized.

При эксплуатации и длительном хранении заряда скрепленного скорость дальнейших процессов выравнивания концентрации пластификаторов при миграции составляет величину, обеспечивающую работоспособность изделия в течение гарантийного срока. During operation and long-term storage of the bonded charge, the rate of further processes of equalizing the concentration of plasticizers during migration is a value that ensures the operability of the product during the warranty period.

После запуска РДТТ, в состав которого входит заряд скрепленный, щели 3 заряда 2 при своем выгорании быстро открывают поверхность ТЗП 5. Вследствие большого удлинения корпуса 1 (и, соответственно, канальной части заряда 2) канальная часть заряда 2 формирует высокоскоростной газовый поток, оказывающий интенсивное эрозионное и тепловое воздействие на открывшуюся часть 5 ТЗП. При этом слой 5 ТЗП быстро уносится и наблюдается интенсивная прококсовка слоев 6 и, как следствие, расслоение этих слоев в той их части, которая выступает в поток. Отслоившиеся части асболавсановой ткани продолжают обеспечивать эрозионную защиту не выступающих в поток частей слоев 6, "живая" резина которых обеспечивает как теплозащиту, так и надежное скрепление слоев 6 ТЗП (газовый поток, воздействующий на выступающие прококсованные законцовки слоев 6, не может вырвать какой-либо из этих слоев, монолитно скрепленных "живой" резиной). After starting the solid propellant solid-propellant rocket, which includes the bonded charge, slots 3 of charge 2 quickly burn out the surface of the charge transformer 5 when burned out. Due to the large elongation of the housing 1 (and, correspondingly, the channel part of charge 2), the channel part of charge 2 forms a high-velocity gas flow erosive and thermal effects on the opened part 5 of the technical specifications. In this case, the layer 5 of TZP is quickly carried away and intense coking of the layers 6 is observed and, as a result, the stratification of these layers in the part that protrudes into the stream. The exfoliated parts of the asbolavsan tissue continue to provide erosion protection for the non-protruding parts of the layers 6, the live rubber of which provides both thermal protection and reliable bonding of the layers 6 of the heat-transfer layer (the gas flow acting on the protruding proxied ends of the layers 6 cannot tear out any of these layers, solidly fastened with "live" rubber).

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения заключается в снижении массы и повышении надежности заряда скрепленного. Feasibility of the present invention is to reduce the mass and increase the reliability of the charge bonded.

Claims

1. The charge is bonded, containing an organoplastic body of large elongation with an internal heat-shielding coating and a channel-slit charge firmly bonded to it with slots in the back, made of fuel containing a plasticizer, the heat-bonded coating layer bonded to the charge also contains a plasticizer, characterized in that the heat-protective coating layer bonded to the charge along the length of the housing is divided into two parts, one of which, located opposite the charge slots, contains mechanical inclusions of asbovol and, in addition, the rear housing portion comprises a thermal barrier coating erosion-resistant layer (e.g., rubber coated fabric asbolavsanovuyu), wherein between the thermal barrier coating layer comprising a plasticizer, and organic-shell a layer of rubber not containing plasticizers and mechanical impurities.

2. The charge bonded according to claim 1, characterized in that the erosion-resistant layers are mutually overlapped with an overlap.