RU2770668C1 - Вкладыш соплового блока РДТТ из углестеклопластика объемного армирования регулируемой эрозионной стойкости - Google Patents
Вкладыш соплового блока РДТТ из углестеклопластика объемного армирования регулируемой эрозионной стойкости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2770668C1 RU2770668C1 RU2021120751A RU2021120751A RU2770668C1 RU 2770668 C1 RU2770668 C1 RU 2770668C1 RU 2021120751 A RU2021120751 A RU 2021120751A RU 2021120751 A RU2021120751 A RU 2021120751A RU 2770668 C1 RU2770668 C1 RU 2770668C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solid propellant
- carbon
- erosion resistance
- carbon fiber
- propellant rocket
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/97—Rocket nozzles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к ракетным двигателям твердого топлива. Вкладыш соплового блока ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ), содержащий трехмерный объемный каркас, сплетенный из комбинированной нити, состоящей из углеродных и кремнеземных нитей с изменяемым долевым соотношением, при этом объемный каркас выполнен из полимерного углестеклопластика, состоящего из комбинированной нити, пропитанной связующим марки ФН с гидровакуумным отверждением. Изобретение обеспечивает регулирование эрозионной стойкости для РДТТ пассивного регулирования тяги.
Description
Изобретение относится к ракетным двигателям твердого топлива (РДТТ) и может быть использовано в сопловом блоке РДТТ пассивного регулирования тяги с целью получения оптимальных баллистических характеристик (ВБХ) и повышения энергетических возможностей за счет увеличения массы топлива в камере сгорания, поддерживания постоянного уровня давления продуктов сгорания (или близкого к постоянному), снижения пассивной массы конструкции и применения ракетных топлив с температурой горения до 4000 К относительно существующих РДТТ.
Возможность создания сопла РДТТ с учетом абляции материала с поверхности вкладыша при условии закономерности процесса высказал В.Е. Алемасов [1] и определил, что основной характеристикой материала при абляции является потеря массы. При закономерности процесса абляции изменение площади критического сечения вкладыша можно оценить расчетом. В указанном научном труде не представлены физическая и математическая модели процесса абляции, а дано научное направление.
Известны вкладыши из углепластика ТЗУ-2-ПТУ-2А ТУ 02-078-2015, предназначенные для работы в сопловых блоках РДТТ, которые подвергаются воздействию плотного потока агрессивных и высокотемпературных продуктов сгорания топлива. Заготовки из углепластика ТЗУ-2-ПТУ-2А изготавливаются методом гидровакуумного отверждения в автоклаве из материала углеродного волокнистого Урал ТР-3/2-15ЭХО марки А, предварительно пропитанного связующим марки ФН ТУ 1-595-28-1350-2013 и намотанного послойно на оправку. Поверхность оправки образует геометрическую форму внутренней поверхности вкладыша, которая соответствует геометрии газового тракта сопла.
Полимерные материалы, армированные волокнами (комбинированными нитями) имеют анизотропные физико-механические свойства. Наибольшей анизотропией обладают однонаправленные и двухнаправленные волокнистые намотанные наполнители жгуты, ленты или ткани. Анизотропия понижает физикомеханические свойства материалов при нагрузке вдоль или поперек волокон.
Известны заготовки из углерод-углеродного материала КИМФ ТУ 1916-010-94812603-2012, которые содержат объемный каркас, сплетенный из углеродной комбинированной нити УКН-5000 ГОСТ 28008-88 и насыщенный пиролитическим углеродом из газовой фазы. Объемный каркас придает материалу КИМФ более однородные физико-механические свойства относительно заготовок из графита.
На вкладышах из полимерных пластиков и углеродных материалов, установленных в сопловом блоке РДТТ, под воздействием плотного потока продуктов сгорания твердого топлива за счет уноса массы материала с обтекаемой поверхности происходит приращение площади проходного канала (например, в критическом сечении) относительно начальной площади. Приращение площади канала у вкладышей в процессе работы РДТТ является следствием многих факторов: температура горения смесевого твердого топлива, содержание в топливе алюминиевого порошка или другой энергетической добавки, давление в камере сгорания, природа материала вкладыша и его плотность, физико-химические процессы, протекающие в теле вкладыша и другие факторы.
Недостатком полимерных углепластиков и углерод-углеродных материалов является отсутствие механизма регулирования эрозионной стойкости вкладышей, то есть исключена возможность получения оптимальных внутренних баллистических характеристик планированием требуемого приращения площади вкладыша.
Необходимость создания вкладышей из материалов регулируемой эрозионной стойкости для РДТТ пассивного регулирования тяги очевидна при конструкторской отработке, когда требуется изменить конструкцию пресс- формы изготовления заряда или подрегулировать эрозионную стойкость вкладыша.
Для создания РДТТ пассивного регулирования, позволяющего повысить энергетические возможности и обеспечить оптимальные ВБХ относительно существующих РДТТ, требуется материал, обеспечивающий на вкладышах приращение площади от 50 до 100 %, а такие заготовки из материалов не изготавливается промышленностью
Наиболее близким решением является патент РФ на изобретение №2746081, МПК F02K 9/97, F02K 9/32, опубл. 06.04.2021 г. Бюл. №10, дата приоритета 11.02.2020 г. Вкладыш соплового блока ракетного двигателя твердого топлива содержит трехмерный объемный каркас, который сплетен из комбинированной нити, состоящей из углеродных и кремнеземных нитей и наполнен пироуглеродом. Изменение соотношения долей углеродных и кремнеземных нитей в объемном каркасе способствует приращению площади критического сечения вкладыша от 50 до 100% начального значения. Изобретение обеспечивает поддерживание постоянного уровня давления продуктов сгорания, получение оптимальных внутри баллистических характеристик и применение ракетных топлив с температурой горения более 4000 К за счет выполнения вкладыша соплового блока из материала с регулируемой и планируемой эрозионной стойкостью. Примем его за прототип.
Однако, недостатком данного технического решения является неоднородность структуры материала вкладыша, которая проявляется в виде дефектов: расслоений, вспучиваний, трещин, посторонних включений. Указанные дефекты влияют на постоянство ВБХ.
Результат может быть достигнут расширением функциональных возможностей вкладыша за счет материала с регулируемой и планируемой эрозионной стойкостью.
Если объемный каркас заготовки сплести из комбинированной нити, состоящей из нити углеродной УКН-5000 ГОСТ 28008-88 и нити кремнеземной К11С6-170-БА ТУ 5952-153-05786904-99, объемный каркас пропитать связующим марки ФН ТУ 1-595-28-1350-2013, установить пропитанный объемный каркас на поверхность оправки, образующей геометрическую форму внутренней поверхности вкладыша, и провести по существующей технологии гидровакуумное отверждение в автоклаве, то получим новый материал более однородный структуры, чем углепластик ТЗУ- 2-ПТУ-2А ТУ 02-078-2015.
Технический результат регулирования эрозионной стойкости достигается тем, что объемный каркас заготовки сплетается из нитей углеродных и нитей кремнеземных и изменением соотношения долей углеродных и кремнеземных нитей в объемном каркасе можно получать композиции различной эрозионной стойкости. Следовательно, увеличение доли кремнеземных нитей в композиции понижает эрозионную стойкость и соответственно уменьшение их доли способствует повышению эрозионной стойкости.
Ценным качеством кремнеземных нитей, содержащих оксид кремния, является их свойство под воздействием потока высокотемпературных продуктов сгорания топлива образовывать жидкую фазу, производить химическое взаимодействие оксида кремния с углеродом и образовывать газообразную фазу. Это качество способствует процессу равномерного уноса массы материала по всей поверхности вкладыша при работе РДТТ.
Новому материалу присвоено обозначение УСП-ОК - углестеклопластик, содержащий объемный каркас, с изменяемым долевым соотношением долей углеродных и кремнеземных нитей.
УСП-ОК-1-1 - соотношение одна нить углеродная и одна нить кремнеземная.
УСП-ОК-1-2 - соотношение одна нить углеродная и две нити кремнеземные.
Однородная структура материала УСП-ОК способствует закономерному уносу слоя массы материала в единицу времени с поверхности вкладыша под воздействием потока продуктов сгорания смесевого ракетного топлива.
Источники информации:
1. Алемасов В.Е. Теория ракетных двигателей. М: ОБОРОНГИЗ, 1962. 476с.
2. Виницкий А.М. Ракетные двигатели на твердом топливе. М.: Машиностроение, 1973. 347с.
3. Виницкий А.М., Волков В.Т., Волковицкий И.Г., Холодилов С.В. М.: Машиностроение, 1980. 232с.
4. J.G.Baetz. Перспективные углерод-углеродные композиционные материалы для сопел ракетных двигателей твердого топлива. США, SAMSO- TR-74-258. The Aerospace Corporation EL Segundo, Calif-, 90245, 1974. P. 23.
5. Bert B. Gould, США, патент № 3309874. Сопло с абляционной теплозащитой. 1967.
Claims (1)
- Вкладыш соплового блока ракетного двигателя твердого топлива, содержащий трехмерный объемный каркас, сплетенный из комбинированной нити, состоящей из углеродных и кремнеземных нитей с изменяемым долевым соотношением, отличающийся тем, что объемный каркас выполнен из полимерного углестеклопластика, состоящего из комбинированной нити, пропитанной связующим марки ФН с гидровакуумным отверждением.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021120751A RU2770668C1 (ru) | 2021-07-12 | 2021-07-12 | Вкладыш соплового блока РДТТ из углестеклопластика объемного армирования регулируемой эрозионной стойкости |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021120751A RU2770668C1 (ru) | 2021-07-12 | 2021-07-12 | Вкладыш соплового блока РДТТ из углестеклопластика объемного армирования регулируемой эрозионной стойкости |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2770668C1 true RU2770668C1 (ru) | 2022-04-20 |
Family
ID=81212590
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021120751A RU2770668C1 (ru) | 2021-07-12 | 2021-07-12 | Вкладыш соплового блока РДТТ из углестеклопластика объемного армирования регулируемой эрозионной стойкости |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2770668C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2007607C1 (ru) * | 1991-06-28 | 1994-02-15 | Люберецкое научно-производственное объединение "Союз" | Кольцевое сопло ракетного двигателя твердого топлива |
US6209312B1 (en) * | 1998-04-09 | 2001-04-03 | Cordant Technologies Inc | Rocket motor nozzle assemblies with erosion-resistant liners |
WO2020055625A1 (en) * | 2018-09-10 | 2020-03-19 | Raytheon Company | Resin transfer molded rocket motor nozzle with adaptive geometry |
RU2746081C1 (ru) * | 2020-02-11 | 2021-04-06 | Акционерное общество "Опытное конструкторское бюро "Новатор" | Вкладыш соплового блока ракетного двигателя твердого топлива из углерод-кремнеземного композиционного материала |
-
2021
- 2021-07-12 RU RU2021120751A patent/RU2770668C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2007607C1 (ru) * | 1991-06-28 | 1994-02-15 | Люберецкое научно-производственное объединение "Союз" | Кольцевое сопло ракетного двигателя твердого топлива |
US6209312B1 (en) * | 1998-04-09 | 2001-04-03 | Cordant Technologies Inc | Rocket motor nozzle assemblies with erosion-resistant liners |
WO2020055625A1 (en) * | 2018-09-10 | 2020-03-19 | Raytheon Company | Resin transfer molded rocket motor nozzle with adaptive geometry |
RU2746081C1 (ru) * | 2020-02-11 | 2021-04-06 | Акционерное общество "Опытное конструкторское бюро "Новатор" | Вкладыш соплового блока ракетного двигателя твердого топлива из углерод-кремнеземного композиционного материала |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101567197B1 (ko) | 원심 와인딩법 기반의 라이너리스 압력용기 및 그 제조방법 | |
EP2970019B1 (en) | Rapid ceramic matrix composite production method | |
US20170348876A1 (en) | Thin ply high temperature composites | |
EP0920574A2 (en) | Composite turbine rotor | |
US20090294567A1 (en) | Spiral winding systems for manufacturing composite fan bypass ducts and other like components | |
US11746673B2 (en) | Manufacture of a fan track liner | |
RU2770668C1 (ru) | Вкладыш соплового блока РДТТ из углестеклопластика объемного армирования регулируемой эрозионной стойкости | |
Lee et al. | Filament winding cylinders: III. Selection of the process variables | |
Hui et al. | Ablation performance of a 4D-braided C/C composite in a parameter-variable channel of a Laval nozzle in a solid rocket motor | |
RU2746081C1 (ru) | Вкладыш соплового блока ракетного двигателя твердого топлива из углерод-кремнеземного композиционного материала | |
US11806953B2 (en) | Method of forming gas turbine engine components | |
Breede et al. | Design and testing of a C/C-SiC nozzle extension manufactured via filament winding technique and liquid silicon infiltration | |
Mohan Kumar et al. | Effect of fibre orientation on the properties and functional performance of ablative materials for solid rocket motors | |
Zaman et al. | Residual compressive and thermophysical properties of 4D carbon/carbon composites after repeated ablation under oxyacetylene flame of 3000 C | |
Walker | High regression rate hybrid rocket fuel grains with helical port structures | |
RU2767242C9 (ru) | Вкладыш соплового блока РДТТ из углестеклопластика с регулируемой эрозионной стойкостью | |
US20150210833A1 (en) | Novel thermoprotections obtained by a filament winding process and use thereof | |
Hald et al. | Technological aspects of transpiration cooled composite structures for thrust chamber applications | |
RU2776087C1 (ru) | Ракетный двигатель на твердом топливе пассивного регулирования | |
EP2314441B1 (en) | Spiral winding system for manufacturing a composite component | |
RU2593184C2 (ru) | Теплозащитное покрытие корпуса летательного аппарата | |
Mohan Kumar et al. | Development of a novel ablative composite tape layup technology for solid rocket motor nozzle and liquid engine liners | |
EP3838869A1 (en) | Reinforced ceramic matrix composite and method of manufacture | |
Kumar et al. | Advanced Ablative composites for Aerospace applications | |
Amado | Manufacture and testing of lightweight tubes for rocketry and centrifuges |