СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАВНОВЕСНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ИЗДЕЛИЯ СМЕСЕВОГО РАКЕТНОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, СКРЕПЛЕННОГО С КОРПУСОМ, ПРИ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИИ
METHOD FOR DETERMINATION OF EQUILIBRIUM TEMPERATURE OF MIX SOLID PROPELLANT ITEM FIXED TO CASING IN PROCESS OF ITS MANUFACTURE

Изобретение относится к области изготовления изделия из смесевого ракетного твердого топлива (СРТТ), а конкретно к способу определения равновесной температуры изделия, скрепленного с корпусом, и может быть использовано при разработке технологического процесса изготовления таких изделий.
Известен способ определения равновесной температуры изделия из СРТТ, скрепленного с корпусом, описанный в книге "Ракетные двигатели", авторы М.Барер, А.Жомот и др. - М., 1962 г, с.287-290, принятый за аналог. Применение этого способа предусматривает измерение характеристик изделия при тепловом нагружении. Определение равновесной температуры по данному способу проводится на основе справочных данных: модуля упругости, коэффициентов Пуассона и линейного термического расширения топлива и корпуса изделия, в связи с этим имеет повышенную погрешность.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату к заявленному способу является способ определения равновесной температуры изделия СРТТ по патенту РФ №2227131 МПК С06В 21/00, принятый авторами за прототип. Указанный способ включает операции измерения деформации корпуса изделия в среднем сечении до заполнения, определение по полученным данным коэффициента изменения давления в замкнутом объеме корпуса при изменении температуры на 1°С, определение среднеобъемной температуры изделия после формования как среднюю величину температур, фиксируемых через 30-60 мин формования, измерение давления в корпусе вследствие усадки топлива в процессе отверждения и вычисление по полученным данным равновесной температуры изделия по формуле
р
ф
к
2
2
где Т - равновесная температура изделия, °С, Т - среднеобъемная температура изделия после формования, °С; Р - давление в корпусе изделия в конце формования, кгс/см; δ - величина изменения давления в корпусе изделия вследствие усадки топлива в процессе отверждения, кгс/см; ΔР/ΔТ - коэффициент изменения давления в замкнутом объеме корпуса при изменении температуры изделия на 1°С.
Определение равновесной температуры изделия по указанному способу повышает точность определения данного параметра. Однако при использовании известного способа определения равновесной температуры изделия, принятого за прототип, требуется проведение дополнительной операции по измерению деформации корпуса до заполнения топливом, определение величины усадки топлива при отверждении, что удлиняет и удорожает процесс определения данного параметра.
Общими признаками с предлагаемым авторами способом определения равновесной температуры изделия СРТТ являются измерение при тепловом нагружении среднеобъемной температуры изделия, давления в корпусе, определение коэффициента изменения давления в замкнутом объеме корпуса при изменении температуры изделия на 1°С.
р
В отличие от прототипа в предлагаемом авторами способе определения равновесной температуры изделия смесевого ракетного твердого топлива, скрепленного с корпусом при его изготовлении, в течение 10-12 часов до конца отверждения измеряют среднюю величину температуры теплоносителя и определяют по ней среднеобъемную температуру изделия в конце отверждения, измеряют давление в корпусе в конце отверждения, после отверждения изделие охлаждают с использованием теплоносителя, при этом в течение 6-24 часов после начала охлаждения температуру теплоносителя выдерживают на 15-30°С ниже температуры отверждения с разбросом от выбранной величины температуры не более чем на ±3°С, в течение 3-10 часов до истечения времени выдерживания температуры теплоносителя измеряют среднеобъемную температуру теплоносителя и определяют по ней среднеобъемную температуру изделия в конце выдерживания температуры теплоносителя, в момент истечения времени выдерживания температуры теплоносителя измеряют давление в корпусе, коэффициент изменения давления в замкнутом объеме корпуса при изменении температуры изделия на 1°С определяют по полученным в конце отверждения изделия среднеобъемной температуре изделия и давлению в корпусе и по полученным в конце выдерживания температуры теплоносителя среднеобъемной температуре изделия и давлению в корпусе, после этого вычисляют равновесную температуру изделия Т, °С по формуле
о
где Т - среднеобъемная температура изделия в конце отверждения, °С,
к
Р - давление в корпусе изделия в конце отверждения, МПа,
ΔР/ΔТ - коэффициент изменения давления в замкнутом объеме корпуса при изменении среднеобъемной температуры изделия на 1°С.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа определения равновесной температуры изделия СРТТ, скрепленного с корпусом, при его изготовлении, обеспечивающего определение данного параметра с достаточно высокой точностью по технологическим режимам отверждения и охлаждения изделия.
Технический результат заявляемого способа определения равновесной температуры изделия достигается следующим образом.
Изделие отверждают и охлаждают в герметичной кабине путем подачи в кабину теплоносителя (воздуха). Необходимую температуру в кабине в процессе отверждения и охлаждения обеспечивают изменением температуры теплоносителя.
В течение 10-12 часов до конца отверждения измеряют среднюю величину температуры теплоносителя и определяют по ней среднеобъемную температуру изделия в конце отверждения. Измеряют давление в корпусе изделия в конце отверждения. Средняя величина температуры теплоносителя, определяемая в конце отверждения в течение последних 10-12 часов, соответствует среднеобъемной температуре изделия, так как в данный период времени отверждения достигается создание равномерного температурного поля (прогрев изделия) по всему объему, температура теплоносителя поддерживается с разбросом от средней величины не более чем на ±3°С. Измерение давления в корпусе изделия в конце отверждения позволяет определить величину равновесной температуры изделия с учетом усадки топлива, которая завершается к концу отверждения, что повышает точность определения данного параметра.
После отверждения изделие охлаждают с использованием теплоносителя. Необходимую температуру охлаждения изделия обеспечивают изменением температуры теплоносителя. При этом в течение 6-24 часов после начала охлаждения температуру теплоносителя выдерживают на 15-30°С ниже температуры отверждения с разбросом от выбранной величины температуры не более чем на ±3°С. В течение 3-10 часов до истечения времени выдерживания температуры теплоносителя измеряют среднеобъемную температуру теплоносителя и определяют по ней среднеобъемную температуру изделия в конце выдерживания температуры теплоносителя. В момент истечения времени выдерживания температуры теплоносителя измеряют давление в корпусе.
Путем выдержки температуры теплоносителя в начале охлаждения изделия на 15-30°С ниже температуры отверждения в течение указанного времени (6-24 часов) достигается снижение среднеобъемной температуры изделия на ту же величину и за счет этого соответствующее снижение давления в корпусе. Продолжительность выдерживания температуры теплоносителя выбрана из расчета обеспечения гарантированного прогрева изделия до заданной температуры по всему объему и колеблется в зависимости от габаритных размеров изделия в пределах от 6 до 24 часов. Для обеспечения требуемой точности определения равновесной температуры изделия среднеобъемную температуру в конце выдерживания температуры теплоносителя определяют как среднюю величину температуры теплоносителя, измеряемой в течение 3-10 часов до конца выдерживания, и при этом поддерживают ее с разбросом от выбранной величины температуры не более чем на ±3°С.
Коэффициент изменения давления в замкнутом объеме корпуса при изменении температуры изделия на 1°С (ΔР/ΔТ) определяют по полученным в конце отверждения изделия среднеобъемной температуре изделия и давлению в корпус и по полученным в конце выдерживания температуры теплоносителя среднеобъемной температуре изделия и давлению в корпусе.
р
Далее по полученным данным вычисляют равновесную температуру изделия Т, °С по формуле
о
где Т - среднеобъемная температура изделия в конце отверждения, °С;
к
Р - давление в корпусе изделия в конце отверждения, МПа;
ΔР/ΔТ - коэффициент изменения давления в замкнутом объеме корпуса при изменении среднеобъемной температуры изделия на 1°С.
т
к
На фиг.1 и 2 показаны соответственно графические данные изменения температуры теплоносителя Т и давления в корпусе изделия Р в процессе отверждения и выдерживания температуры теплоносителя в начале охлаждения изделия на 20÷24°С ниже температуры отверждения.
о
1
2
о
в
3
4
в
Из фиг.1 следует, что среднеобъемная температура изделия в конце отверждения Т, определенная согласно предлагаемому способу, равна средней величине температуры теплоносителя за промежуток времени от τ до τ (за время 10 часов) и составляет Т=72°С. Среднеобъемная температура изделия в конце выдерживания температуры теплоносителя Т на 20÷24°С ниже температуры отверждения и равна средней величине температуры теплоносителя за промежуток времени от τ до τ (за время 10 часов) и составляет Т=50°С.
к
в
Из фиг.2 следует, что давление в корпусе изделия в конце отверждения Р=5,3 МПа, в конце выдерживания температуры теплоносителя на 20÷24°С ниже температуры отверждения - Р=2,2 МПа.
По результатам измерений среднеобъемной температуры изделия и давления в корпусе в конце отверждения и выдерживания температуры теплоносителя ниже температуры отверждения определяют коэффициент изменения давления в замкнутом объеме корпуса при изменении среднеобъемной температуры изделия на 1°С:
р
По полученным данным вычисляют равновесную температуру изделия Т по формуле
Примеры конкретного исполнения способа приведены в таблице. Работы проводились при изготовлении изделия, скрепленного с корпусом. В таблице приняты следующие обозначения:
о
в
Т, Т - среднеобъемная температура изделия в конце отверждения и в конце выдерживания температуры теплоносителя при охлаждении, °С, соответственно;
1
2
3
4
(τ-τ), (τ-τ) - интервал замера температуры теплоносителя и давления в корпусе изделия в конце отверждения и в конце выдерживания температуры теплоносителя при охлаждении, час соответственно;
2
3
(τ-τ) - продолжительность выдерживания температуры теплоносителя после начала охлаждения изделия, час;
δТ - разброс температуры теплоносителя от выбранной величины, °С;
к
в
Р, Р - давление в корпусе изделия в конце отверждения и в конце выдерживания температуры теплоносителя при охлаждении, МПа;
ΔР/ΔТ - коэффициент изменения давления в замкнутом объеме корпуса при изменении среднеобъемной температуры изделия на 1°С, МПа/°С;
р
Т - равновесная температура изделия, °С.
Из данных таблицы видно, что удалось выбрать такие параметры предлагаемого способа (примеры №1-3), которые обеспечивают определение равновесной температуры изделия с требуемой точностью по технологическим режимам отверждения и охлаждения. Выход параметров способа за рамки предлагаемых приводит: к росту погрешности метода до 3,0% (примеры №№4, 6, 8, 10, 12); к увеличению времени, необходимого для определения равновесной температуры изделия, удлинению цикла (примеры №№5, 7, 9, 11).
Применение описанного способа определения равновесной температуры изделия смесевого ракетного топлива, скрепленного с корпусом, при его изготовлении позволяет проводить оценку данного параметра по технологическим режимам отверждения и охлаждения изделия с погрешностью не более 2,0% без проведения дополнительных операций по измерению деформации корпуса до заполнения топливом.
Указанные преимущества подтверждены определением равновесной температуры изделия СРТТ по описанному способу при изготовлении опытной партии изделий на ФКП "Пермский пороховой завод".
Примеры конкретного исполнения способа
Примеры
Т<sub>о</sub>, °C
Р<sub>к</sub>, МПа
Т<sub>в</sub>, °C
Р<sub>в</sub>, МПа
(τ<sub>1</sub>-τ<sub>2</sub>), час
(τ<sub>2</sub>-τ<sub>3</sub>), час
(τ<sub>3</sub>-τ<sub>4</sub>), час
δТ, °С
ΔР/ΔТ, МПа/°С
Т<sub>p</sub>, °С
Погрешность, %
123456789101112
727272727270727272727272
5,35,35,35,35,35,35,35,35,35,35,35,3
575042604050505250505051
3,22,21,13,70,82,22,22,72,22,32,22,4
10101010108141010101010
24242424242424526242424
10101010101010101021210
±3±3±3±3±3±3±3±3±3±3±3±4
0,1470,1410,1400,1330,1410,1550,1410,1300,1400,1360,1410,138
34,234,434,132,234,435,834,431,234,133,134,433,6
1,81,91,73,01,93,11,93,21,72,81,92,7