ОПРАВКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ КОРПУСОВ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к оборудованию для изготовления изделий из композиционных материалов методом намотки и может быть использовано при изготовлении конструкций корпусов ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ) из полимерных композиционных материалов (ПКМ) и сосудов, работающих под давлением.
Известна «Оправка для изготовления сосудов давления из композиционных материалов» по патенту РФ на изобретение №2313722, которая содержит тонкостенный герметизирующий корпус с отверстиями, при этом внутрь герметизирующего корпуса подается бинарная смесь, выделяющая в процессе химической реакции газ, создающий необходимое внутреннее давление и обеспечивающий необходимую жесткость герметизирующего корпуса в процессе намотки и отверждения композитного материала.
Недостатком известного устройства по патенту РФ на изобретение №2313722 является низкая жесткость тонкостенного герметизирующего корпуса, а также отсутствует возможность подвода тепла к внутренней поверхности тонкостенного герметизирующего корпуса при отверждении полимерного композиционного материала.
Известна «Оправка для изготовления крупногабаритных корпусов из полимерных композиционных материалов» по патенту РФ на изобретение №2266201, принятая в качестве ближайшего аналога, которая содержит набор песчано-полимерных элементов, установленных на центральном валу, при этом центральный вал изготовлен в виде двух пустотелых трубчатых конструкций разного диаметра, размещенных одна в другой с образованием межцилиндрической полости и закрепленных набором элементов радиальной жесткости, обеспечивающей их соосность, при этом трубчатая конструкция большего диаметра выполнена со сквозными равноудаленными по длине технологическими окнами (отверстиями)
Недостатком известного устройства по патенту РФ на изобретение №2266201 является низкая жесткость песчано-полимерных элементов, а также отсутствие циркуляции теплоносителя у поверхностей песчано-полимерных элементов, на которых отверждается полимерный композиционный материал.
Перед заявляемой полезной моделью поставлена задача повышения жесткости песчано-полимерных элементов и обеспечения циркуляции теплоносителя у формообразующих поверхностей песчано-полимерных элементов, на которых отверждается полимерный композиционный материал.
Поставленная задача в заявляемой полезной модели решается за счет того, что оправка для изготовления крупногабаритных ракетных двигателей твердого топлива из полимерных композиционных материалов содержит центральный вал, с одной стороны которого расположен входной канал, сообщающийся с окнами подвода теплоносителя, выполненными в стенке центрального вала, а с противоположной стороны расположен выходной канал, сообщающийся с окнами отвода теплоносителя, выполненными в стенке центрального вала, на центральном валу установлены концевые песчано-полимерные элементы и между ними промежуточные песчано-полимерные элементы, при этом в каждом концевом песчано-полимерном элементе и каждом промежуточном песчано-полимерном элементе выполнены радиальные ребра жесткости и продольные ребра жесткости, в радиальных ребрах жесткости выполнены примыкающие к формообразующей стенке концевых песчано-полимерных элементов и к формообразующей стенке промежуточных песчано-полимерных элементов сквозные каналы, отделенные друг от друга продольными ребрами жесткости, также в расположенном с одной стороны центрального вала концевом песчано-полимерном элементе сквозные каналы сообщаются с окнами подвода теплоносителя, а в расположенном с другой стороны центрального вала концевом песчано-полимерном элементе сквозные каналы сообщаются с окнами отвода теплоносителя.
Заявленная полезная модель отличается от известного устройства «Оправка для изготовления крупногабаритных корпусов из полимерных композиционных материалов» по патенту РФ на изобретение №2266201 тем, что в каждом концевом песчано-полимерном элементе и каждом промежуточном песчано-полимерном элементе выполнены радиальные ребра жесткости и продольные ребра жесткости, в радиальных ребрах жесткости выполнены примыкающие к формообразующей стенке концевых песчано-полимерных элементов и к формообразующей стенке промежуточных песчано-полимерных элементов сквозные каналы, отделенные друг от друга продольными ребрами жесткости, также в расположенном с одной стороны центрального вала концевом песчано-полимерном элементе сквозные каналы сообщаются с окнами подвода теплоносителя, а в расположенном с другой стороны центрального вала концевом песчано-полимерном элементе сквозные каналы сообщаются с окнами отвода теплоносителя.
Указанное отличие позволило получить технический результат, а именно, обеспечило повышение жесткости песчано-полимерных элементов и обеспечило циркуляцию теплоносителя у формообразующих поверхностей песчано-полимерных элементов, на которых отверждается полимерный композиционный материал.
На фиг. 1 представлен продольный разрез оправки для изготовления крупногабаритных ракетных двигателей твердого топлива из полимерных композиционных материалов.
На фиг. 2 представлен разрез А-А (фиг. 1) оправки для изготовления крупногабаритных ракетных двигателей твердого топлива из полимерных композиционных материалов.
Оправка для изготовления крупногабаритных ракетных двигателей твердого топлива из полимерных композиционных материалов (фиг. 1, 2), содержит центральный вал 1, с одной стороны которого расположен входной канал 2, сообщающийся, например с шестью окнами 3 подвода теплоносителя, выполненными в стенке 4 центрального вала 1, а с противоположной стороны расположен выходной канал 5, сообщающийся, например с шестью окнами 6 отвода теплоносителя, выполненными в стенке 4 центрального вала 1, на центральном валу 1 установлены концевые песчано-полимерные элементы 7 и между ними промежуточные песчано-полимерные элементы 8, при этом в каждом концевом песчано-полимерном элементе 7 и каждом промежуточном песчано-полимерном элементе 8 выполнены радиальные ребра 9 жесткости и продольные ребра 10 жесткости, в радиальных ребрах 9 жесткости выполнены примыкающие к формообразующей стенке 11 концевых песчано-полимерных элементов 7 и к формообразующей стенке 12 промежуточных песчано-полимерных элементов 8 сквозные каналы 13, отделенные друг от друга продольными ребрами 10 жесткости, также в расположенном с одной стороны центрального вала 1 концевом песчано-полимерном элементе 7 сквозные каналы 13 сообщаются с окнами 3 подвода теплоносителя, а в расположенном с другой стороны центрального вала 1 концевом песчано-полимерном элементе 7 сквозные каналы 13 сообщаются с окнами 6 отвода теплоносителя.
Оправка для изготовления крупногабаритных ракетных двигателей твердого топлива из полимерных композиционных материалов работает следующим образом (фиг. 1, 2).
Перед изготовлением крупногабаритных ракетных двигателей твердого топлива из полимерных композиционных материалов собирают оправку. На центральный вал 1 устанавливают концевые песчано-полимерные элементы 7 и между ними промежуточные песчано-полимерные элементы 8. При сборке обеспечивают согласование с выполненными в стенке 4 центрального вала 1 окон 3 подвода теплоносителя и окон 6 отвода теплоносителя со сквозными каналами 13 в концевых песчано-полимерных элементах 7 и промежуточных песчано-полимерных элементах 8. Собранная оправка обладает высокой жесткостью, так как формообразующая стенка 11 в каждом концевом песчано-полимерном элементе 7 и формообразующая стенка 12 каждого промежуточного песчано-полимерного элемента 8 подкреплена радиальными ребрами 9 жесткости и продольными ребрами 10 жесткости.
По заданному технологическому процессу на оправку выкладывают раскроенные резиновые заготовки теплозащитного покрытия, устанавливают фланцы, закладные детали и послойно наматывают пропитанную связующим волокнистую арматуру, например в виде ленты.
После окончания намотки проводят отверждение связующего в термической камере, где при повышенной температуре совместно проходят несколько процессов: процесс полимеризации связующего и образования полимерного композиционного материала; процесс вулканизации резины теплозащитного покрытия, создание адгезионной связи на границе между теплозащитным покрытием и полимерных композиционным материалом. Высокое качество корпуса ракетного двигателя твердого топлива обусловлено созданием благоприятных условий прохождения этих процессов, при которых будет достигнута полнота химических реакций, а возникающие при этом остаточные механические напряжения в конструкции будут минимальными. Для создания благоприятных условий отверждения необходим нагрев пакета из теплозащитного покрытия и полимерного композиционного материала, как с наружи корпуса ракетного двигателя твердого топлива, так и изнутри него. Таким образом, достигается минимальный перепад температуры по толщине пакета. Для обеспечения нагрева корпуса ракетного двигателя твердого топлива изнутри, необходимо обеспечить нагрев формообразующей стенки 11 концевых песчано-полимерных элементов 7 и формообразующей стенки 12 промежуточных песчано-полимерных элементов 8. Обеспечение одинаковой температуры на формообразующих стенках 11 и 12 возможно за счет циркуляции теплоносителя вдоль них. В качестве теплоносителя чаще всего используют нагретый воздух, который подают под давлением к входному каналу 2 центрального вала 1. Далее теплоноситель, распределяясь через окна 3 подвода теплоносителя, движется по сквозным каналам 13, выполненным в радиальных ребрах 9, вдоль формообразующей стенки 11 концевых песчано-полимерных элементов 7 и вдоль формообразующей стенки 12 промежуточных песчано-полимерных элементов 8. Из сквозных каналов 13 теплоноситель через окна 6 отвода теплоносителя, попадает в выходной канал 5. Сквозные каналы 13 отделены друг от друга продольными ребрами 10 жесткости, что обеспечивает высокую скорость движения теплоносителя, следовательно, перепад температуры в входном канале 2 и в выходном канале 5 центрального вала 1 будет минимален.
После операции отверждения с помощью пара или горячей воды разрушают концевые песчано-полимерные элементы 7 и промежуточные песчано-полимерные элементы 8. Извлекают из корпуса ракетного двигателя твердого топлива центральный вал 1 и другие металлические элементы технологической оснастки, вымывают остатки песчано-полимерной смеси.
Полезная модель позволила получить технический результат, а именно, обеспечила повышение жесткости песчано-полимерных элементов и обеспечила циркуляцию теплоносителя у формообразующих поверхностей песчано-полимерных элементов, на которых отверждается полимерный композиционный материал.