3. Выбор материалов

   1. Сравнительная оценка и выбор конструкционных материалов камеры

Наибольшее распространение в производстве РДТТ получили высокопрочные металлы. Сравнительный анализ показывает, что алюминиевые сплавы уступают сталям и титановым сплавам по удельной прочности, но приближаются к ним по удельной жест­кости. Учитывая более высокую, чем у сталей, и еще более высо­кую, чем у титановых сплавов, технологичность и низкую стои­мость алюминиевых сплавов, они весьма эффективно могут быть использованы для изготовления частей сопл, утопленных внутрь камеры, и для производства корпусов РДТТ, работающих на устойчивость (например, в РДТТ подводных ракет).

Высокопрочные титановые сплавы и стали нашли широкое применение в производстве РДТТ. Применение их требует спе­циальных термообработок соединений и целиком изделий после сварки и высокую технологическую культуру. Даже незначи­тельные нарушения процессов изготовления и контроля могут привести к снижению конструктивной прочности. Выбираем титан класса 6Al-4V (отечественный аналог ВТ6) он представляет собой идеальное сбалансированное сочетание 6% алюминия, 4% ванадия и титана. Дополнительное преимущество сплавов на основе этого металл в том, что он имеет коррозионно устойчивый характер, что повышает износоустойчивость готовых изделий из него. Именно эти характеристики позволяют титан и его сплавы использовать в современных гоночных автомобилях и различной спецтехники, которая предполагает работу в условиях высоких температур.

Ещё одна черта, которая предопределяет использование этого материала в разных отраслях хозяйства – его прочность и гибкость по сравнению с другими существующими металлами, такими например как сталь или алюминий. Высокая температура плавления, а также его прочность способствовали выбору этого материала как основного в производстве деталей двигателей самолётов. 

2. Характеристика и выбор теплозащитных материалов

Назначение ТЗП – защита несущих обечаек конструкции от воздействия высокотемпературного газового потока.

Требования, предъявляемые к ТЗП камер РДТТ:

• Низкая плотность

• прочностные и жесткостные характеристики близкие к характеристикам заряда

• стабильность свойств во времени

• надежная адгезия к несущей поверхности обечайки и заряда

• достаточная негигроскопичность

ТЗП классифицируются:

• активные

1. испаряющиеся ТЗМ

2. коксующиеся ТЗМ

3. с комбинированным уносом масс

• пассивные

Для защиты камеры РДТТ в разрабатываемом двигателе используется заряд ТРТ, жестко прикрепленный к корпусу РДТТ с помощью защитно-крепящего слоя.

Требования предъявляемые к ТЗП сопел РДТТ:

• жаропрочность и жаростойкость до Т = 3500К

• эрозионная стойкость при высоких температурах

• минимальная масса

• совместимость с окружающей и внутренней средой

Таблица 3. Типичные характеристики материалов для сопел при Т = 293К

Характеристика	Теплопроводные жаростойкие материалы
	Графит ATJ	Вольфрам (кованый)	Пиролитиче­ский графит
Плотность, г/см3 Коэффициент теплопроводности, Вт/(м**К): вдоль волокна или слоя основы поперек волокна или слоя основы Удельная теплоемкость Дж/(кг*К) Температурный коэффициент,К-1*106 вдоль волокна или слоя основы поперек волокна или слоя основы	1,73 104... 23,7* 59,4. ..22,3* 0,25... 0,6** 2,7 4,0	19,0 142,5...89,1* - 0,033..0,047" 4,5 -	1,80...2,26* 142,5. ..89,1* 1,78... 0,45* 0,22... 0,5** 2,4 36
Характеристика	Композиционные абляционные материалы
	Угольная ткань МХ-4926	Графитовая ткань FM-5064	Кварцевая МХ-2600
Плотность, г/см3 Коэффициент теплопроводности, Вт/(м2*К): Вдоль волокна или слоя основы Поперек волокна или слоя основы Удельная теплоемкость, Дж/(кг*К) Температурный коэффициент,К-1*106 Вдоль волокна или слоя основы Поперек волокна или слоя основы	1,4 1,23…1.38*** 0,71..0,86*** 0,20..0,36*** 6,7 9,5…55.8***	1,45 3,4…4,31*** 1,02..1,36*** 0,24.. .0,39*** 9,5 31,7	1,75 0,52... 0,56*** 0,45... 0,48*** 0,24... 0,30*** 7,0 29,7

* Наименьшее значение соответствует температуре 2473 К

** Наибольшее значение соответствует температуре 2473 К

*** Наибольшее значение соответствует температуре 673 К

Весьма эффективным способом обеспечения эрозионной защиты графито­вых вкладышей является нанесение на их рабочую поверхность защитного по­крытия из вольфрама. Покрытие может наноситься газопламенным или плаз­менным напылением, электролитическим осаждением, спеканием в вакууме.

Для сопла РДТТ в качестве ТЗП выбираем пиролитический графит.

3. Оптимизация типа материалов по критерию «минимум массы конструкции двигателя»

Масса корпуса

где - коэффициент запаса прочности материала ( - для металлов, - для неметаллов).

Масса ТЗП корпуса

Масса соплового блока

Общая масса конструкции РДТТ

4. Расчет массовых и энергетических параметров КЛА как субракеты

Масса снаряженного РДТТ

Коэффициент массового совершенства РДТТ

Относительная масса конструкции субракеты

Масса конструкции субракеты

Где - стартовая масса КЛА

Масса полезного груза

Относительная масса полезного груза

Характеристическая скорость для маневра КЛА (проверочный расчет)

Совпадают, расчеты верны.

5. Разработка конструктивной схемы РДТТ

   1. Перечень систем РДТТ и его мелкомасштабная схема

См. пункт 1.3.1. и 1.3.2

2. Краткое описание принципа работы РДТТ

См. пункт 1.3.3.

3. Описание технологии завершающей сборки РДТТ

• Соединение воспламенительного устройства с передним днищем

• Установка заряда ТРТ

• Соединение переднего днища с обечайкой

• Соединение соплового блока с задним днищем

• Соединение заднего днища с обечайкой

Список литературы

1. В.Г Попов, Н.Л. Ярославцев «Ракетные двигатели твердого топлива», М., 2001.

2. И.Х. Фахрутдинов, А.А. Шишков «Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива М. Машиностроение, 1987.

3. Интернет :// ru.wikipedia.org/wiki/Восход_(космический_корабль)

4. Г. А. Назаров, В. И. Прищепа «Космические РДТТ»

5. http://www.pandia.ru/text/77/270/76675-10.php

6. http://rusrocket.narod.ru/gto.html

7. http://ru.wikipedia.org/wiki/%C4%E5%EB%FC%F2%E0-2

8. http://www.walkinspace.ru/blog/2010-12-22-557

9. http://wmpt.narod.ru/tt10.htm

10. http://epizodsspace.no-ip.org/bibl/a-e-t/1991/tverd-rak-dv-d-g-kos.html

35