КОРПУС РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
BODY OF SOLID PROPELLANT ROCKET ENGINE FROM COMPOSITE MATERIAL

Изобретение относится к машиностроению, а именно к корпусам ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ), изготовляемым из композиционного материала, и может быть использовано при создании твердотопливных двигателей ракет в химическом машиностроении, а также в других отраслях промышленности.
Из технической литературы известен корпус РДТТ из композиционных материалов высотной ступени ракеты MX (США), выполненный с малым удлинением, с силовой оболочкой в форме овалоида вращения, которая состоит из двух днищ без цилиндрической части с относительным удлинением 0,7 (см. «Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе», под общ. ред. чл. корр. Российской академии наук, д-ра техн. наук, проф. Л.Н.Лаврова - М.: Машиностроение, 1993, стр.19, 20).
Недостаток известного корпуса следует из нижеприведенного анализа.
В корпусах РДТТ типа двойной «кокон», имеющих длинную цилиндрическую часть, прочность скрепления со вторым коконом при действии осевых нагрузок обеспечивается автоматически за счет большой площади контакта между коконами. В корпусах с силовой оболочкой малого удлинения площадь контакта минимальна. В то же время по контактной поверхности в процессе изготовления и эксплуатации РДТТ действуют значительные нагрузки, например осевая нагрузка при формовании твердотопливного заряда, тяга двигателя при его работе, инерционные нагрузки при разделении ступеней и ряд других эксплуатационных нагрузок. Кроме того, после изготовления твердотопливного заряда диаметр силовой оболочки по экватору может уменьшиться, и может образоваться зазор между силовой оболочкой и цилиндрической оболочкой. Таким образом, корпус с силовой оболочкой малого удлинения без прочного скрепления с цилиндрической оболочкой не обладает достаточной надежностью.
Технической задачей изобретения является повышение надежности работы конструкции корпуса за счет обеспечения прочного скрепления силовой оболочки с цилиндрической оболочкой.
Технический результат достигается тем, что в корпусе РДТТ из композиционного материала, содержащем силовую цельномотанную оболочку малого удлинения типа «кокон», цилиндрическую оболочку с узлами стыка, соединение силовой оболочки с цилиндрической оболочкой выполнено с помощью лент, средняя часть которых закреплена зонным спиральным слоем на силовой оболочке, а концы лент с переднего и заднего днищ развернуты относительно границ зонного спирального слоя в направлениях заднего и переднего узлов стыка соответственно и закреплены на цилиндрической оболочке, при этом все части ленты расположены под углом к продольной оси корпуса, определяемым из соотношения:
где: h - ширина ленты;
Н - ширина зонного спирального слоя.
На фиг.1 показано сечение корпуса РДТТ, содержащего силовую оболочку малого удлинения 1, цилиндрическую оболочку 2 с узлами стыка передним 3 и задним 4. На фиг.2 показано расположение лент 5 под углом α относительно продольной оси корпуса и участки разворота Д и Е лент 5 относительно границ В и Г зонного спирального слоя 6. На фиг.3 представлено сечение конструкции скрепления силовой оболочки 1 с цилиндрической оболочкой 2 с помощью лент 5, которые закреплены на силовой оболочке зонным спиральным слоем 6. Концы лент с переднего и заднего днищ развернуты относительно границ В и Г зонного спирального слоя 6 в направлениях заднего и переднего узлов стыка соответственно и закреплены на цилиндрической оболочке.
Скрепление лент 5 с цилиндрической оболочкой 2 может быть осуществлено, например, кольцевыми и спиральными слоями, входящими в состав оболочки 2. Для обеспечения контакта ленты 5 с границами В и Г зонного спирального слоя 6 по всей ширине ленты и исключения наложения друг на друга концов лент встречного направления все части ленты должны быть расположены под углом α к продольной оси корпуса, определяемым из соотношения:
где: h - ширина ленты;
Н - ширина зонного спирального слоя.
При действии знакопеременных сдвигающих сил между силовой оболочкой и цилиндрической оболочкой в лентах 5 возникает растяжение в осевом направлении, а по границам В и Г контакта ленты с зонным спиральным слоем - поперечные силы, которые уравновешиваются растягивающими нагрузками в зонном спиральном слое 6.
Таким образом, использование изобретения, позволит обеспечить высокую прочность скрепления силовой оболочки с цилиндрической оболочкой, содержащей узлы стыка, в корпусах малого удлинения и, в итоге, повысить надежность работы корпуса при эксплуатации РДТТ.