КОРПУС РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ С СИСТЕМОЙ СБОРА ИНФОРМАЦИИ
ROCKET ENGINE BODY WITH SYSTEM OF INFORMATION COLLECTION

Предлагаемое изобретение относится к области ракетной техники, в частности к способам обеспечения непрерывного контроля над состоянием конструкции корпуса ракетного двигателя, выполненного из полимерного композитного материала. Эта проблема достаточно актуальна в связи с постоянной необходимостью обоснованного продления сроков эксплуатации ракет стратегического назначения (РСН), а также недостаточной изученностью механизма старения полимерного материала.
Предпосылки создания изобретения.
В настоящее время важным вопросом исследований остается определение реальных сроков эксплуатации твердотопливных ракет и прогнозирование надежности выполнения ими задач в случае боевого применения. Для этих целей необходимо не только использовать существующие методы теоретического определения показателей надежности и проводить экспериментальные исследования прочности конструкций РСН с учетом факторов их длительной эксплуатации, а также с учетом развития вооружения, средств ПРО, имеющихся на вооружении или разрабатываемых ведущими мировыми странами, но и обеспечить индивидуальный контроль технического состояния каждой РСН в течение всего периода эксплуатации.
Известны способы измерения физических параметров объектов, в том числе целостности, основанные на применении волоконно-оптических датчиков (RU 2142115 С1 от 27.11.1999 Волоконно-оптическая система измерения физических параметров).
Известны устройства, предназначенные для предотвращения проливов агрессивных, токсичных жидкостей из различных емкостей (RU 2309104 С1 от 27.10.2007 Композитный бак повышенной живучести с волоконно-оптической системой; RU 2305653 С1 от 10.09.2007. Композиционный бак для агрессивной жидкости повышенной живучести с волоконно-оптической матрицей).
Известно устройство, предназначенное для измерения механических напряжений (US 6776049 В2 от 17.08.2004). Причиной, препятствующей получению данным устройством технического результата, который обеспечивается предлагаемым техническим решением, является то, что данное устройство устанавливается в ракетный двигатель между твердотопливным зарядом и теплозащитным покрытием (US 6776049 В2 от 17.08.2004, фиг.2-3), что не обеспечивает диагностику технического состояния непосредственно корпуса ракетного двигателя, выполненного из композитного материала. Кроме того, ввиду конструктивной особенности датчика, являющегося составляющим элементом данного устройства (US 6776049 В2 от 17.08.2004 фиг.3-5), и его предназначением отсутствует возможность применения его для выявления и локализации нарушений структуры корпуса ракетного двигателя.
Задачей изобретения является разработка корпуса ракетного двигателя, выполненного из композитного материала, с системой, обеспечивающей возможность оперативного выявления нарушений его структуры.
Заявлен корпус ракетного двигателя 1, выполненный из композитного материала методом намотки, показанный схематично на фиг.1, снабженный источником питания 3, электронно-вычислительной машиной (ЭВМ) 4, оптическим рефлектометром 5, а также генератором 7 и приемником световых импульсов 6, соединенных между собой несколькими волоконно-оптическими матрицами 2 из оптического волокна, введенными непосредственно в структуру корпуса ракетного двигателя. Волоконно-оптические матрицы вводятся в состав корпуса ракетного двигателя на этапе его изготовления путем чередования намотки на оправку слоев жгутов арамидных нитей со слоями оптического волокна. При этом один ряд оптических волокон в слое расположен в композите эквидистантно вдоль оси вращения корпуса ракетного двигателя, а другой ряд оптических волокон расположен эквидистантно по одновитковым винтовым линиям. Чередование слоев в композите может быть последовательным либо с определенной периодичностью [3]. Одни концы оптических волокон в волоконно-оптической матрице собраны на днище корпуса ракетного двигателя и оптически соединены с генератором световых импульсов, а другие собраны на противоположном днище корпуса ракетного двигателя и оптически соединены с приемником световых импульсов.
Предлагаемое изобретение отличается от известных корпусных конструкций с волоконно-оптическими матрицами тем, что корпус является корпусом ракетного двигателя.
Техническим результатом изобретения является возможность оперативного выявления нарушений структуры корпуса ракетного двигателя, выполненного из полимерного композитного материала (образование микротрещин, трещин, расслоений) и их локализации, обнаружения последствий воздействия высокоскоростных кинетических ударников, регистрации изменения температуры поверхности корпуса двигателя, регистрации воздействия ионизирующего излучения и, как следствие, оценки возможности дальнейшего успешного выполнения задач боевого применения ракетами, находящимися в эксплуатации.
Требуемый технический результат достигается тем, что оптическое волокно физически и химически совместимо с композитными материалами, а процесс внедрения компонентов системы сбора информации осуществляется непосредственно в момент изготовления корпуса ракетного двигателя, что обеспечивает надежную интеграцию системы сбора информации в структуру корпуса ракетного двигателя, выполненного из композитного материала [2].
Действие корпуса ракетного двигателя с системой сбора информации заключается в следующем. Оптический рефлектометр производит непрерывное тестирование волоконно-оптических матриц путем отслеживания мощности и непрерывности световых импульсов, посылаемых генератором 5 и принимаемых приемником 6 световых импульсов. При возникновении нарушения целостности структуры корпуса ракетного двигателя с системой сбора информации (возникновение трещин, микротрещин, расслоений), воздействия внешних кинетических ударников возникнет повреждение, изгиб, либо микроизгиб элемента волоконно-оптической матрицы, вследствие чего изменятся его оптические параметры (френелевское отражение, релеевское рассеивание, мощность и др.). А при изменении температуры поверхности корпуса ракетного двигателя воздействия ионизирующего излучения произойдет изменение длины волны светового потока и потери оптического волокна в волоконно-оптической матрице. Рефлектометр 5 регистрирует изменение оптических параметров, а ЭВМ 4 сравнивает полученные результаты с эталонными, которые соответствуют невозмущенному состоянию волоконно-оптических матриц, и детектирует нарушение целостности структуры корпуса ракеты либо внешнее воздействие. При использовании математических расчетов ЭВМ локализует конкретный поврежденный сектор корпуса двигателя или место воздействия, а также по величине изменения оптических параметров определяет степень поврежденности корпуса ракеты.
Таким образом, положительный эффект предложенного корпуса ракетного двигателя с системой сбора информации состоит:
- в обеспечении мониторинговой оценки степени поврежденности и эксплуатационного ресурса корпусов ракетных двигателей, выполненных из композиционных полимерных материалов;
- в оценке возможности успешного выполнения задач боевого применения ракетами, длительное время находящимися в эксплуатации;
- в повышении общей надежности группировки РВСН по данным проведения пусков наименее надежных образцов, а также за счет замены наименее надежных ракет на новые.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Львов А.И. Конструкция, прочность и расчет систем ракет. - М.: ВА им. Ф.Э.Дзержинского, 1980.
2. В.В.Воробей. Основы технологии и проектирование корпусов ракетных двигателей - Н.: Наука, 2003.
3. Окоси Т. и др. Волоконно-оптические датчики. Пер. с япон. - Л.: Энергоатомиздат, 1990.