корпус ракетного двигателя твердого топлива из композиционных материалов

Формула изобретения

1. Корпус РДТТ из композиционных материалов, содержащий силовую оболочку с фланцами, расположенными в полюсных отверстиях днищ, облицованную изнутри теплозащитным покрытием из резиноподобного материала с кольцами в своих торцевых частях у центральных отверстий фланцев, отличающийся тем, что со стороны внутренней поверхности, по меньшей мере, в одном фланце выполнены расположенные по соосной фланцу окружности ряд глухих резьбовых отверстий, а в кольце, соосные с отверстиями фланца, сквозные отверстия с зенковочными поверхностями с внутренней стороны, в которых расположены винты, ввернутые во фланец без выступания за поверхность кольца и закрытые материалом теплозащитного покрытия, причем отверстия в кольце выполнены диаметром, позволяющим смещаться винтам относительно оси отверстия при различных тепловых деформациях фланца и кольца, при этом кольцо выполнено из слоистого композиционного материала и расположено в массе материала теплозащитного покрытия с выходом на центральное отверстие фланца, образуя с последним единую поверхность центрального отверстия.

2. Корпус РДТТ по п.1, отличающийся тем, что винты выполнены из композиционного материала.

3. Корпус РДТТ по п.1, отличающийся тем, что кольцо выполнено, по меньшей мере, с одним участком линейнопеременной по радиусу толщины.

4. Корпус РДТТ по п.1, отличающийся тем, что композиционный материал кольца выполнен в виде слоев на основе тканого материала из искусственных нитей, например стеклонитей, или органических, или их комбинации.

5. Корпус РДТТ по п.1, отличающийся тем, что композиционный материал кольца выполнен в виде кольцевых слоев на основе однонаправленных жгутов или нитей, например стеклонитей или органических.

6. Корпус РДТТ по п.1, отличающийся тем, что кольцо выполнено в виде отдельных сегментов.

7. Корпус РДТТ по п.1, отличающийся тем, что кольцо выполнено с кольцевыми выступами и/или уступами.

8. Корпус РДТТ по п.1, отличающийся тем, что кольцо выполнено, по меньшей мере, с одной кольцевой канавкой, например прямоугольного или трапецеидального сечения, заполненной материалом теплозащитного покрытия, составляющим с последним единое целое.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях корпусов ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ) из композиционных материалов, а также в любых баллонах давления из композиционных материалов, содержащих внутреннее покрытие на основе резиноподобных материалов.

В корпусах РДТТ из композиционных материалов расположенное на внутренней поверхности теплозащитное покрытие (ТЗП) предназначено защищать силовые элементы силовой оболочки от высоких тепловых воздействий, что относится и к месту стыковки фланцев с ответными узлами - передней крышкой и фланцем соплового блока. Это обеспечивается плотным прилеганием торцевых поверхностей ТЗП на фланцах с посадочными поверхностями на стыкуемых узлах. При отсутствии плотного прилегания и образовании кольцевой щели, даже частичной, происходят прогар и аварийное разрушение силовых узлов корпуса.

Отсутствие плотного прилегания может возникнуть из-за нескольких причин: незначительного «перетекания» сырой резины и усадки при вулканизации; задира и отрыва кромок ТЗП от фланца при технологических и конечной сборках; отхода внутренних кромок под действием радиальных усилий, вызванных радиальным смещением силовой оболочки относительно фланца под действием внутреннего давления ввиду значительно большей деформативности композиционного материала по сравнению с металлом.

Известен корпус РДТТ из композиционных материалов, содержащий силовую оболочку с фланцами, установленными по полюсным отверстиям днищ, облицованную изнутри теплозащитным покрытием из резиноподобного материала (RU 2108476 С1 МПК 6 F02K 9/34, опубл. 10.04.1998), в котором торцевая часть ТЗП выходит на стыкуемую поверхность отверстия и обладает всеми указанными выше потенциально опасными недостатками.

Известен корпус РДТТ из композиционных материалов, содержащий силовую оболочку с фланцами, установленными по полюсным отверстиям днищ, облицованную изнутри теплозащитным покрытием из резиноподобного материала с кольцами в торцевых частях ТЗП у центральных отверстий фланцев (Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе./Под общ. ред. чл.-корр. Российской академии наук, д-ра техн. наук, проф. Л.Н. Лаврова. - М., Машиностроение, 1993. - 215 с,, ил.; стр.62, рис.2.19).

В известной конструкции торцевая часть ТЗП оформлена в виде отдельного неметаллического кольца (заднее днище, рис.2,19), скрепленного с основными слоем ТЗП практически встык и соединенное с фланцем посредством клеевого соединения.

Недостатком такой конструкции является возможность разрушения соединения «кольцо-слой ТЗП» при действии указанных радиальных усилий, возможность отслоения системы «кольцо-ТЗП» от фланца при сборках и действии радиальных усилий.

Известная конструкция корпуса РДТТ по второму варианту является наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату и выбрана в качестве ближайшего аналога (прототипа).

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка простого по конструкции и технологичного в изготовлении корпуса РДТТ при повышенной надежности при изготовлении и эксплуатации.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в повышении надежности конструкции за счет жесткого заневоливания торца ТЗП у центрального отверстия, исключающее его смещение в осевом и радиальном направлениях.

Техническая задача решается, а технический результат достигается тем, что в корпусе РДТТ из композиционных материалов, содержащем силовую оболочку с фланцами, расположенными в полюсных отверстиях днищ, облицованную изнутри теплозащитным покрытием из резиноподобного материала с кольцами в своих торцевых частях у центральных отверстий фланцев, согласно изобретению со стороны внутренней поверхности, по меньшей мере, в одном фланце выполнены расположенные по соосной фланцу окружности ряд глухих резьбовых отверстий, а в кольце, соосные с отверстиями фланца, сквозные отверстия с зенковочными поверхностями с внутренней стороны, в которых расположены винты, ввернутые во фланец без выступания за поверхность кольца и закрытые материалом теплозащитного покрытия, причем отверстия в кольце выполнены диаметром, позволяющим смещаться винтам относительно оси отверстия при различных тепловых деформациях фланца и кольца, при этом кольцо выполнено из слоистого композиционного материала и расположено в массе материала теплозащитного покрытия с выходом на центральное отверстие фланца, образуя с последним единую поверхность центрального отверстия, причем в частных случаях выполнения изобретения винты выполнены из композиционного материала, кольцо выполнено, по меньшей мере, с одним участком линейнопеременной по радиусу толщины, композиционный материал кольца выполнен в виде слоев на основе тканого материала из искусственных нитей, например стеклонитей, или органических, или их комбинации, композиционный материал кольца выполнен в виде кольцевых слоев на основе однонаправленных жгутов или нитей, например стеклонитей или органических, кольцо выполнено в виде отдельных сегментов, кольцо выполнено с кольцевыми выступами и/или уступами, кольцо выполнено, по меньшей мере, с одной кольцевой канавкой, например прямоугольного или трапецеидального сечения, заполненной материалом теплозащитного покрытия, составляющим с последним единое целое.

Отличительными от прототипа признаками заявленного корпуса РДТТ являются следующие:

а) признаки, обеспечивающие получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны:

- со стороны внутренней поверхности, по меньшей мере, в одном фланце выполнены, расположенные по соосной фланцу окружности, ряд глухих резьбовых отверстий;

- а в кольце, соосные с отверстиями фланца, сквозные отверстия с зенковочными поверхностями с внутренней стороны;

- в которых расположены винты, ввернутые во фланец без выступания за поверхность кольца и закрытые материалом теплозащитного покрытия;

- причем отверстия в кольце выполнены диаметром, позволяюием смещаться винтам относительно оси отверстия при различных тепловых деформациях фланца и кольца;

- при этом кольцо выполнено из слоистого композиционного материала;

- и расположено в массе материала теплозащитного покрытия с выходом на центральное отверстие фланца, образуя с последним единую поверхность центрального отверстия;

б) признаки, характеризующие изобретение в частных случаях:

- винты выполнены из композиционного материала;

- кольцо выполнено, по меньшей мере, с одним участком линейнопеременной по радиусу толщины;

- композиционный материал кольца выполнен в виде слоев на основе тканого материала из искусственных нитей, например стеклонитей, или органических, или их комбинации;

- композиционный материал кольца выполнен в виде кольцевых слоев на основе однонаправленных жгутов или нитей, например стеклонитей или органических;

- кольцо выполнено в виде отдельных сегментов;

- кольцо выполнено с кольцевыми выступами и/или уступами;

- кольцо выполнено, по меньшей мере, с одной кольцевой канавкой, например прямоугольного или трапецеидального сечения, заполненной материалом теплозащитного покрытия, составляющим с последним единое целое.

Указанные отличительные признаки, каждый в отдельности и все вместе, направлены на достижение заявленного результата и являются существенными. В предшествующем уровне техники представленная в формуле изобретения совокупность известных и отличительных признаков неизвестна и, следовательно, изобретение соответствует критерию «новизна».

Корпус РДТТ, в отличие от корпуса по прототипу, более надежен за счет использования жесткого кольца из композиционных материалов, прочно скрепленного винтовым соединением с фланцем, а расположение кольца в массе ТЗП обеспечивает их повышенную прочность соединения между собой и препятствует смещениям торцевой части ТЗП в процессе изготовления и эксплуатации. Использование композиционного материала в качестве материала кольца практически не сказывается на теплофизических характеристиках защитного покрытия в торцевых зонах.

Возможность улучшения эксплуатационных характеристик заявляемого корпуса дополняется частными случаями исполнения: выступы или уступы позволяют организовать надежную фиксацию относительно фланца, а также обеспечить более плавное перераспределение нагрузок в соединении «ТЗП-кольцо», этому же способствует использование переменных по толщине участков; использование канавок с заполнением их материалом ТЗП способствует увеличению прочности соединения ТЗП с кольцом; использование слоистого композиционного материала на основе тканого материала или однонаправленного жгута и использование различных составляющих их нитей позволяет расширить область применимости за счет использования различных технологических процессов и оборудования для обеспечения конкретных требуемых характеристик; использование винтов из композиционных материалов способствует более равномерному распределению тепловых нагрузок, а использование кольца в виде сегментов позволяет расширить область применимости при имеющемся технологическом оборудовании.

Изобретение поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего его, примера реализации и прилагаемыми чертежами.

На фиг.1 представлен заявленный корпус РДТТ из композиционных материалов, на фиг.2 - вид сечения торцевой части ТЗП с фланцем, на фиг.3, 4 - варианты исполнения.

Корпус РДТТ из композиционных материалов 1 содержит силовую оболочку 2 с фланцами 3 и 4, расположенными в полюсных отверстиях днищ 5 и 6, облицованную изнутри теплозащитным покрытием 7 из резиноподобного материала, и колец 8 в торцевых частях теплозащитного покрытия 7 у центральных отверстий фланцев. С внутренней поверхности во фланце выполнены расположенные по соосной фланцу 4 окружности ряд глухих резьбовых отверстий 9, а в кольце 8, соосные с отверстиями фланцев, сквозные отверстия 10 с зенковочными поверхностями с внутренней стороны, в которых расположены винты 11, ввернутые во фланец 4 без выступания за поверхность кольца 8 и закрытые материалом теплозащитного покрытия 7.

В виде вариантов исполнения кольцо 8 может содержать уступы 12 и 13 или выступ 14, может содержать кольцевую канавку 15, участок линейнопеременной по радиусу толщины 16.

Экспериментальная проверка подтвердила высокую прочность и надежность предложенной конструкции.