Корпус твердотопливного ракетного двигателя из композиционного материала

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к области изготовления корпусов ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ) из композиционного материала (КМ), и может быть использована при создании твердотопливных двигателей ракет.
Известна конструкция корпуса ракеты (патент RU № 2230925, МПК F02K 9/34), содержащего внутренний корпус (силовую оболочку) и наружный корпус (оболочку второго кокона), при этом между силовой оболочкой и оболочкой второго кокона установлены плоские кабели, которые на участке между коконами выполнены из эластичного материала с возможностью двойной вулканизации. Изготовление силовой оболочки и оболочки второго кокона осуществляется методом намотки органического наполнителя, пропитанного связующим.
Недостатком данной конструкции является текучесть (изменение геометрии) материала кабелей при воздействии на них температуры в ходе полимеризации корпуса. При значительных толщинах кабеля течение материала может привести к значительному изменению геометрии и оболочка второго кокона, намотанная на поверхность кабелей и представляющая собой совокупность кольцевых и спиральных слоев наполнителя, пропитанного связующим, теряет свою устойчивость (натяжение наполнителя снижается), что по окончанию полимеризации корпуса приводит к снижению прочностных характеристик оболочки второго кокона и корпуса изделия в целом.
Известна конструкция корпуса РДТТ из КМ, содержащая силовую оболочку в виде кокона, оболочку второго кокона со шпангоутами и плоские кабели, установленные между силовой оболочкой и оболочкой второго кокона (Лавров Л.Н. Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе. Москва: Машиностроение, 1993. С. 54).
Существенным недостатком известной конструкции является осуществление намотки оболочки второго кокона непосредственно на оплетку кабеля и отсутствие эластичных элементов в зонах сопряжения оплетки кабелей и оболочки второго кокона (на поверхности кабеля). Отсутствие эластичной прослойки в указанных зонах не гарантирует заполнения пустот, образованных вследствие разнородности коэффициентов температурного расширения материалов оболочки второго кокона и кабеля, а также усадки материала оболочки второго кокона при полимеризации, что в конечном итоге приводит к низкой прочности скрепления кабелей с силовой оболочкой и оболочкой второго кокона и появлению не герметичности между конструкционными полостями, ограниченными передним узлом стыка (ПУС) и задним узлом стыка (ЗУС) оболочки второго кокона в зонах кабелей.
Известна конструкция корпуса РДТТ из КМ (патент RU № 2403423, МПК F02K 9/34), содержащая силовую оболочку в виде кокона, оболочку второго кокона со шпангоутами и плоские кабели, установленные между силовой оболочкой и оболочкой второго кокона в поперечном сечении на расстоянияхс заполнением прилегающей к кабелю зоне между силовой оболочкой и оболочкой второго кокона эластичной прослойкой переменной толщины в поперечном сечении корпуса, при этом внешняя поверхность прослойки выполнена выпуклой и плавно сопряжена с наружной поверхностью силовой оболочки и наружной поверхностью кабеля.
В указанном техническом решении недостатком является отсутствие эластичных элементов в зонах сопряжения кабеля с силовой оболочкой и оболочкой второго кокона, намотка оболочки второго кокона осуществляется непосредственно на оплетку кабеля, как следствие имеет место недостаточная прочность скрепления кабелей с силовой оболочкой и оболочкой второго кокона и появление негерметичности (между конструкционными полостями, ограниченными ПУС и ЗУС второй оболочки кокона в зонах кабелей).
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является конструкция корпуса РДТТ из КМ (патент RU № 2339830), в котором кабели расположены относительно друг друга на расстоянияхпри этом пространство между кабелями послойно заполнено эластичными прослойками, выложенными на всю длину цилиндрической части и имеющими переменную ширину, равную расстоянию между кабелями на соответствующем радиусе расположения данной прослойки, где:
1 - длина дуги наружной поверхности силовой оболочки между кабелями;
R - радиус наружной поверхности силовой оболочки;
δ - толщина кабеля.
Недостатками данной конструкции являются отсутствие эластичных элементов в зонах сопряжения кабеля с силовой оболочкой и оболочкой второго кокона, намотка оболочки второго кокона осуществляется непосредственно на оплетку кабеля, как следствие - недостаточная прочность скрепления кабелей с силовой оболочкой и оболочкой второго кокона и появление не герметичности (между конструкционными полостями, ограниченными ПУС и ЗУС второй оболочки кокона в зонах кабелей).
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение прочности и надежности корпуса. РДТТ из КМ с вмотанными кабелями. При решении поставленной задачи достигается следующий технический результат:
- повышение прочности скрепления кабелей с силовой оболочкой и оболочкой второго кокона;
- гарантированное обеспечение герметичности между конструкционными полостями независимо от величины расстояния расположения кабелей бортовой кабельной сети в поперечном сечении оболочки. Герметичность обеспечивается, по сравнению с ближайшими аналогами, как при расположении кабелей бортовой кабельной сети в поперечном сечении оболочки относительно друг друга на расстояниях  так и на расстояниях
где 1 - длина дуги наружной поверхности силовой оболочки между кабелями;
R - радиус наружной поверхности силовой оболочки;
δ - толщина кабеля.
Технический результат достигается тем, что в корпусе твердотопливного ракетного двигателя из композиционного материала, содержащем силовую оболочку в виде кокона, выполненного методом непрерывной намотки, намотанную оболочку второго кокона и плоские кабели бортовой кабельной сети, вмотанные в межкоконное пространство, пространство между кабелями послойно заполнено эластичными прослойками, выложенными на всю длину цилиндрической части и имеющими переменную ширину, равную расстоянию между кабелями, при этом, согласно изобретению, в зоне сопряжения кабелей с силовой оболочкой и оболочкой второго кокона размещены эластичные резиновые элементы.
На чертежах представлены варианты конструкции корпуса РДТТ из КМ с учетом технологичности его изготовления в зависимости от расстояния между кабелями.
На фиг. 1 показано поперечное сечение корпуса РДТТ из КМ, содержащего силовую оболочку 1, оболочку второго кокона 2, плоские кабели 3 из вулканизированной резины, расположенные из условия соблюдения неравенства , где
1 - длина дуги наружной поверхности силовой оболочки между кабелями;
R - радиус наружной поверхности силовой оболочки;
δ - толщина кабеля,
слой невулканизированной резины 4, нанесенный на силовую оболочку 1 и поверх кабелей 3 после их установки на силовую оболочку 1, эластичные прослойки 5, выложенные в пространстве между кабелями 3 на всю длину цилиндрической части и имеющие переменную ширину, равную расстоянию между кабелями 3 на соответствующем радиусе расположения данной прослойки 5.
На фиг. 2 показано поперечное сечение корпуса РДТТ из КМ, содержащего силовую оболочку 1, оболочку второго кокона 2, плоские кабели 3 из вулканизированной резины, расположенные из условия соблюдения неравенства  где
1 - длина дуги наружной поверхности силовой оболочки между кабелями;
R - радиус наружной поверхности силовой оболочки;
δ - толщина кабеля
слой невулканизированной резины 4, нанесенный в зонах сопряжения кабелей 3 с силовой оболочкой 1 и оболочкой второго кокона 2. Пространство в прилегающей к кабелю 3 зоне между силовой оболочкой 1 и оболочкой второго кокона 2 заполнено эластичной резиновой прослойкой 5 переменной толщины.
Изготовление корпуса РДТТ из КМ осуществляют следующим образом.
Пример 1 (Фиг. 1). На формующей оправке изготавливают силовую оболочку 1 методом намотки органожгута, пропитанного эпоксидным связующим. Затем на цилиндрическую часть силовой оболочки 1 наматывают невулканизированную резину 4 марки 51-1615. После чего кабели 3 укладывают через клей 51-К-45 на силовую оболочку 1 поверх слоя невулканизированной резины 4 на расстоянии друг от друга, равном  пространство между кабелями на всю длину цилиндрической части силовой оболочки 1 послойно заполняют эластичными прослойками 5 из невулканизированной резины 51-1615, имеющими переменную ширину, равную расстоянию между кабелями 3 на соответствующем радиусе расположения данной прослойки 5. Затем на поверхность кабелей 3 и эластичных прослоек 5, выложенных в межкабельное пространство, через клей 51-К-45 производят намотку слоя невулканизированной резины 4, а затем намотку оболочки второго кокона 2. По окончанию намотки корпус РДТТ из КМ с вмотанными кабелями транспортируют в печь, где проходит режим отверждения.
Пример 2 (фиг. 2). На формующей оправке изготавливают силовую оболочку 1 методом намотки органожгута, пропитанного эпоксидным связующим. На поверхности кабеля 3 в зонах сопряжения с силовой оболочкой 1 и оболочкой второго кокона 2 приклеивают на клей 51-К-45 слой невулканизированной резины 4 марки 51-1615, Далее кабели 3 размещают на силовой оболочке 1. В зону, прилегающую к кабелю 3, между силовой оболочкой 1 и оболочкой второго кокона 2 устанавливают через клей 51-К-45 предварительно сформованные эластичные вкладыши 5 из вулканизированной резины 51-1615, производят намотку оболочки второго кокона 2. По окончанию намотки корпус РДТТ из КМ с вмотанными кабелями транспортируют в печь, где проходит режим отверждения.
За счет нанесения в зонах сопряжения кабеля с силовой оболочкой и оболочкой второго кокона невулканизированной резины для герметизации, например, резины марки 51-1516 или другой резины идентичной по свойствам, скреплением ее, например, на клей 51-К-45, обеспечивается компенсация усадки, заполнение пустот, образуемых вследствие разнородности коэффициентов температурного расширения материалов оболочки второго кокона и материала оплетки кабелей, повышается прочность скрепления кабелей с силовой оболочкой и оболочкой второго кокона, гарантированно обеспечивается герметичность между конструкционными полостями, ограниченными ПУС и ЗУС второй оболочки кокона, повышение надежности корпуса РДТТ из КМ с вмотанными кабелями в целом.
При намотке второй оболочки кокона, под действием высокого контактного давления органожгута, пропитанного связующим, происходит частичная диффузия невулканизированной резины в наполнитель (во вторую оболочку кокона). При последующей полимеризации корпуса невулканизированная резина заполняет, оставшиеся в ходе процесса изготовления корпуса пустоты и вулканизируется, что обеспечивает герметичность между конструкционными полостями, ограниченными ПУС и ЗУС, повышение прочности скрепления кабелей с силовой оболочкой и оболочкой второго кокона и повышение надежности корпуса РДТТ из КМ с вмотанными кабелями.
Использование полезной модели позволит по сравнению с прототипом повысить прочность скрепления кабелей с силовой оболочкой и оболочкой второго кокона, гарантированно обеспечить герметичность между конструкционными полостями независимо от величины расстояния расположения кабелей бортовой кабельной сети в поперечном сечении оболочки, повысить надежность и прочность корпуса РДТТ с вмотанными кабелями.