СКРЕПЛЕННЫЙ ЗАРЯД РАКЕТНОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
CASE-BONDED CHARGE OF SOLID ROCKET FUEL

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано в ракетных двигателях твердого топлива (РДТТ) с зарядами из смесевых топлив, скрепленных со стенками корпуса.
Из уровня техники известны твердотопливные заряды, скрепленные со стенками корпуса РДТТ, и имеющие следующую схему крепления заряда к стенкам ракетного двигателя: на внутреннюю поверхность корпуса вначале наносят теплозащитное покрытие, а затем к нему приклеивается заряд твердого топлива (патенты США №№4601862, 3578520).
Недостатком приведенных аналогов является сложность конструкции и технологии изготовления заряда из-за многослойной схемы скрепления его с корпусом, так как кроме теплозащитного покрытия, защитно-крепящего слоя (ЗКС), крепящего заряд твердого топлива к теплоизолированной внутренней поверхности корпуса, требуется наличие слоя клея между теплозащитным покрытием и корпусом.
Подготовка корпуса и нанесение клея на внутреннюю поверхность корпуса является трудоемкой, пожароопасной и экологически вредной операцией.
Кроме того, в клей и ЗКС диффундирует пластификатор из топлива. А в современных топливах, обладающих высоким содержанием пластификаторов, параметры механического состояния в значительной степени определяются концентрацией пластификатора. Дефицит пластификатора в прикорпусных зонах топливных зарядов определяет снижение работоспособности заряда в целом.
Известен заряд по патенту РФ №2374213 (дата публикации 27.11.2009 г.), содержащий корпус, топливный заряд и теплозащитное покрытие.
Недостатком известного заряда является сложность конструкции из-за наличия, кроме теплозащитного покрытия (ТЗП), защитно-крепящего слоя в виде резины, сдублированной с объемной тканью и клея, обусловливающая сложность технологии изготовления скрепленного заряда. Кроме того, конструкция по прототипу обладает недостаточно высокой степенью надежности в связи с возможностью отслоения топлива от ЗКС в процессе эксплуатации заряда.
Известен заряд по патенту РФ №2216641 (дата публикации 20.11.2003 г.), содержащий корпус, топливный заряд и размещенный между ними слой, выполняющий функции теплозащитного покрытия и слоя, скрепляющего покрытие с зарядом.
2
Известный заряд исключает необходимость использования клея для скрепления слоя, обладающего термозащитной способностью (ТЗП), с корпусом за счет использования материала, представляющего собой каландровый листовой материал (резиновая смесь), которым выкладывают внутреннюю поверхность корпуса с последующей вулканизацией резиновой смеси при повышенных температуре (140-170°C) и давлении (5-15 кгс/см) с одновременной приклейкой его к корпусу.
Недостатком известного заряда является необходимость введения в состав ТЗП, который имеет отличную от топливного заряда полимерную основу, дополнительного компонента (парадинитрозобензола) для придания ТЗП приемлемой адгезионной способности к топливному заряду, что усложняет процесс получения ТЗП с такими функциями. Есть все разумные основания полагать, что введение дополнительного компонента недостаточно для качественного крепления заряда к корпусу, так как предусмотрено наличие торцевых манжет, которые вклеивают в корпус клеевым слоем. Такое увеличение числа отдельных конструктивных элементов обусловливает проведение дополнительных технологических операций при изготовлении заряда, снижают надежность заряда из-за возможного отслоения манжет от корпуса, ТЗП и топливного заряда в процессе эксплуатации заряда. Кроме того, конструкция заряда исключает возможность использовать в соответствии с существующей потребностью комбинированный из разных топлив топливный заряд, так как предусматривает склеивание (химическое взаимодействие) конкретного топлива с конкретным (по химическому составу) ТЗП, разработанным только под это топливо, что снижает эксплуатационные возможности.
Наиболее близким к предлагаемому является заряд по патенту US 4649823, принятый за прототип, содержащий корпус, топливный заряд и теплозащитное покрытие с выступами, обращенными внутрь заряда.
В описании известного изобретения декларируется, что представленное конструктивное выполнение заряда направлено на создание механической связи между топливным зарядом и теплозащитным покрытием. Однако не во всех своих воплощениях известное техническое решение выполнено исключительно бесклеевым. Есть все разумные основания полагать, что механическая связь не обеспечивает безусловную работоспособность и надежное функционирование заряда в целом при использовании топлива, охарактеризованного в описании следующим образом - «может быть любого состава, предпочтительно низкой вязкости, чтобы при формовании не образовывалось пор». Предусмотрены мероприятия по дополнению механической связи применением адгезионного материала, нанесенного на поверхность теплозащитного покрытия и поверхность выступов. В случаях бесклеевого крепления теплозащитного покрытия с топливным зарядом предусмотрено варьирование высоты выступов и/или выполнение в выступах отверстий для увеличения контакта материала топливного заряда с выступами. Т.е. прототип не во всех случаях обеспечивает достаточную прочность на отслаивание ТЗП от топлива.
Необходимость введения адгезионного слоя, выполнение выступов разной высоты, выполнение в них отверстий существенно усложняют технологию изготовления заряда.
Не предусмотрена возможность выполнения топливного заряда комбинированным из разных топлив (в каждом воплощении изобретения заряд выполнен только из одного топлива), что снижает эксплуатационные возможности известного технического решения.
Задачей предлагаемого технического решения является разработка конструкции скрепленного заряда ракетного твердого топлива, позволяющей расширить эксплуатационные возможности, повысить технологичность изготовления за счет создания условий, обеспечивающих высокую прочность на отслаивание между ТЗП и топливом при достаточности использования только механического скрепления их между собой без необходимости введения дополнительных конструктивных элементов, увеличивающих контакт теплозащитного покрытия с топливным зарядом.
Поставленная задача решается предлагаемым скрепленным зарядом ракетного твердого топлива, содержащим корпус, топливный заряд и теплозащитное покрытие с выступами, обращенными внутрь заряда, отличающийся тем, что каждый выступ выполнен с возможностью принимать форму кольца в собранном заряде, теплозащитное покрытие выполнено из материала, химически совместимого с топливом и исключающего диффузию в него компонентов топлива.
В частности, заряд выполнен из одного топлива или выполнен комбинированным из разных топлив.
Выполнение ТЗП с выступами заявляемой формы в совокупности с остальными существенными признаками обеспечивает его надежное механическое скрепление с топливным зарядом, является фактором, позволяющим использовать в конструкции заряда одновременно разные топлива в соответствии с существующей потребностью по получению различных функциональных результатов, достигаемых двигателем при использовании комбинации топлив. Кроме того, полностью исключена трудоемкая, пожароопасная и экологически вредная операция нанесения клея.
В случае использования при изготовлении заряда комбинации из топлив, для конкретного топлива подбирают материал ТЗП, обеспечивающий совместимость с этим топливом и исключающий диффузию в него компонентов топлива. Причем в частных случаях воплощения изобретения заявляемая конструкция ТЗП позволяет использовать один и тот же ТЗП для всех используемых в комбинации топлив, что совершенно исключено при практическом применении конструкции заряда по прототипу.
Предлагаемый скрепленный заряд ракетного твердого топлива иллюстрируется графическими изображениями:
Фиг. 1 - продольный разрез заряда с ТЗП.
Фиг. 2 - сечение А-А на фиг.1 со сплошными выступами, в собранном заряде принимающих форму колец.
Фиг. 3. - сечение А-А на фиг.1 с прерывистыми выступами, в собранном заряде принимающих форму отдельных штырьков (прототип).
Фиг. 4 - фотография образца ТЗП со сплошными выступами.
Фиг. 5 - фотография поверхности разрушения топлива, скрепленного с заявляемым ТЗП.
На Фиг. 3 позицией 5 обозначены выступы в форме отдельных штырьков, являющиеся одним из воплощений прототипа. В прототипе они описаны как зацепления в виде ручек с головкой.
Фотография, представленная на Фиг. 5, показывает, что разрушение происходит по топливу, а не по границе топливо-ТЗП. Проведенные испытания образцов показали стабильность получаемых результатов.
Скрепленный заряд ракетного твердого топлива содержит корпус 1, ТЗП 2, топливный заряд 3. ТЗП снабжено сплошными (тянущимися без перерывов) выступами 4, в собранном заряде принимающих форму колец. Выступы 4 выполняют функцию крепежных элементов.
Конкретные размеры выступов и материал ТЗП определяют при проектировании конкретного заряда.
Внутреннюю поверхность корпуса 1 совмещают с резиноподобным гибким ТЗП 2 (например, резина 51-2110 по ТУ 381051528-90, резина 51-1615 по ТУ 1051177-82), осуществляют вулканизацию, при которой одновременно происходит соединение ТЗП 2 с корпусом 1. Подготовленный таким образом корпус 1 заполняют топливным зарядом 3, который отверждаясь, механически скрепляется с ТЗП 2.
Химическую совместимость материала теплозащитного покрытия и материала топлива обычно проверяют при повышенных температурах (термостабильность). Для оценки термостабильности используют приборы для измерения давления (объема) газовыделения.
К таким приборам относится, например, измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) ВУЛКАН-2000 (ООО «Цифровой Дракон»), предназначенный для измерения давления и температуры паров и газов в замкнутом объеме в изотермическом режиме для определения термостабильности веществ. ИВК является прибором общепромышленного назначения и предназначается для использования в заводских и научно-исследовательских лабораториях различных отраслей промышленности
Предлагаемое техническое решение практически реализуемо и позволяет решить поставленную задачу.