книги из ГПНТБ / Должанский Ю.М. Крупногабаритные РДТТ (технология изготовления по зарубежным данным)

367.

Рис. 3. Возможные схемы получения цельнокор­ пусных деталей из алюминиевых сплавов:

и — заготовка (штамповка); б — деталь, получен­ ная прессованием; в — деталь, полученная рас­ каткой; г — корпус после механической обработки

23

Ряд работ, опубликованных в американской технической лите­ ратуре [20—21], свидетельствует о том, что за рубежом уделяется серьезное внимание вариантам корпусов РДТТ из высокопрочных алюминиевых сплавов.

До последнего времени возможности применения алюминиевых сплавов в качестве конструкционных материалов были весьма ограничены, поскольку сварка их представляла значительные трудности. Успехи в области сварки высокопрочных алюминиевых сплавов, достигнутые в последнее время и, главным образом, раз­ работка конструктивных вариантов монолитных корпусов (полу­ чаемых методами раскатки штампованных заготовок, литьем и т. д.) дают возможность считать, что использование сплавов алюминия в конструкции корпусов РДТТ является реальным.

Некоторые сведения о высокопрочных алюминиевых сплавах и их использовании в конструкции корпусов РДТТ приведены в табл. 11.

Теплозащитные покрытия, используемые для внутренней термоизоляции корпусов РДТТ

В настоящее время наибольшее распространение в качестве теп­ лозащитных покрытий (ТЗП) внутренних поверхностей камер сго­ рания РДТТ получили материалы двух основных типов: на основе каучуков и теплостойкие пластмассы. Теплозащитные покрытия обоих этих типов используются, например, в конструкции РДТТ I, И и III ступеней МБР $ «Минитмен-А» (табл. 12).

Интересно отметить, что в РДТТ отдельных ступеней и для изоляции разных элементов конструкции покрытия выполняются по-разному [18, 24—25]. Так, в РДТТ I ступени МБР «Минитмен-А» переднее днище (приваренное к корпусу) изолируется предвари­

тельно отформованным каучуковым вкладышем (толщина слоя по­ крытия 6= 9,5 мм), приклеиваемым к поверхности днища. Изоляция

корпуса— комбинированная: часть корпуса в районе заднего днища (соплового блока ракеты) покрывают слоем теплостойкого стеклопластика, толщина которого непосредственно у днища дохо­ дит до 51 мм; затем весь корпус покрывают двумя слоями спе­ циального состава на основе каучука, один из которых скрепляют

Перед нанесением пластмассового теплозащитного слоя корпус двигателя пескоструят и подвергают химической очистке трихлор­ этиленом. Пластмассовую изоляцию наносят на корпус в виде предварительно отформованных сегментов, наклеиваемых на стен­ ки корпуса. На сопловую (съемную) крышку двигателя наносят два слоя изоляции: первый слой — асбопластик abite (фирма Thiokol Chemical Согр.) и. второй — стеклопластик на основе фе-

24

вольной смолы. Каждый из слоев укладывают на днище в виде четырех предварительно раскроенных сегментов. При совместной полимеризации слои склеиваются с днищем и между собой.

Изоляцию газоходных труб, выводящих продукты сгорания к четырем соплам двигателя, выполняют из стеклопластика на фе­ нольной основе аналогично материалу второго слоя термоизоляции заднего днища. Теплоизолирующий слой экранируется графитовой

трубой.

У РДТТ II ступени МБР «Минитмен-А» корпус и переднее днище изолируются эрозиостойким составом на основе каучука. Толщина покрытия составляет у переднего днища 2,5 мм и посте­ пенно увеличивается до 25,4 мм у заднего днища. Сопловая крышка изолируется наклейкой на поверхность днища предварительно отформованного каучукового вкладыша. Изоляция газоходных труб аналогична применяемой на I ступени.

"Термоизоляция корпуса РДТТ III ступени МБР «Минитмен-А» разработана фирмой Goodeer [26] и представляет собой покрытие на основе синтетического каучука с наполнителем из двуокиси кремния [27]. Листы материала термопокрытия укладывают на оправку перед намоткой корпуса и склеивают с корпусом в про­ цессе его намотки и отверждения. Толщина покрытия изменяется по длине корпуса от 3 до 25 мм. В процессе отработки изделия был

25

опробован вариант, при котором термоизоляцию в виде предвари­ тельно отформованного каучукового мешка с переменной .толщи­ ной стенки (от 2,5 до 30,5 мм) [26], вставляли в полость камеры сгорания после намотки [27] и скрепляли со стенками камеры на

клеевом подслое [28].

Сопловое днище имеет двуслойное покрытие; первый слой в виде вкладыша из отформованного заранее каучука и второй — эластичная подкладка. Последнюю склеивают с каучуковым вкла­ дышем только по наружному контуру и скрепляют при заливке с зарядом. Теплоизоляция переднего днища состоит из одной элас­ тичной подкладки, приклеиваемой к днищу по контуру и скрепляе­ мой при заливке твердого топлива с зарядом.

Теплоизоляция, используемая во многих РДТТ фирмы United Technology Согр., представляет собой каучук с минеральным на­ полнителем (предположительно, кварцем). Изоляцию наносят на корпус послойно с обязательной прослойкой клея (на основе того же каучука, что и в составе ТЗП) между отдельными слоями. При подготовка к нанесению термоизоляции производят механическую и химическую очистку поверхности. После нанесения требуемой тол­ щины покрытия осуществляют вулканизацию каучука, в процессе которой покрытие прочно скрепляется со стенками корпуса дви­ гателя [29].

Фирма General Electric Со. разработала весьма эффективное теплозащитное покрытие на основе силиконового каучука. Обра­ зец теплоизоляции из этого материала толщиной примерно 10 мм выдержал в течение 6 мин испытание при температуре около

Опубликованы сообщения о разработке теплозащитных покры­ тий на основе полиуретана, которые будут наносить на рабочие поверхности корпусов методом напыления [31]. Покрытие на основе полиуретана разработано, в частности, фирмой Dyna—Therm. Chemical Согр. Оно представляет собой полиуретановую связку, скрепляющую наполнитель, в качестве которого используют фос­ фаты и огнеупорные соединения бора. Покрытие наносят кистью или напылителем. Удельный вес покрытия у= 0,98 г/см3. При ла­ бораторных испытаниях покрытие выдерживает в течение 90 сен. воздействие факела горелки с температурой около 2700° С [32].

Для залитых зарядов из перспективного твердого топлива на основе жидкого сополимера полибутадиена и акриловой кислоты («поликарбутен-R») фирма Grand Central Rocket Согр. рекомендует использовать в качестве термоизолируюуцего покрытия корпусов, обеспечивающего одновременно изоляцию стенок и надежное скрепление заряда со стенками камеры сгорания, эластичный ма­ териал, представляющий собой сополимер бутадиенакрилонитрила и акриловой кислоты [33, 34].

26

Наряду с покрытиями на основе каучуков для термоизоляции элементов корпусов РДТТ широко применяются материалы типа стеклопластиков — теплостойкие фенольные пластмассы, армиро­ ванные стекловолокном, а также волокнами из окиси кремния, асбестовыми и графитовыми волокнами.

Например, для теплоизоляции корпуса тормозного РДТТ кос­ мического аппарата «Рейнджер-3» (фирма Hercules Powder Со.) используют термостойкую пластмассу на основе фенольной смолы и нейлонового волокна.

Фирма Johns—Manville Со. разработала для теплоизоляции кор­ пусов РДТТ специальные стандартные маты сложной конструкции: между слоями стеклоткани размещают пропитанный термостойки ми смолами материал на асбестовой основе; мат простеган стекло­ тканью. Внешний слой стеклоткани предполагается в перспективе заменить слоем графитизированной (угольной) ткани. Маты при­ клеивают к стенкам камеры сгорания.

Опубликованы следующие данные стандартного мата Min-k

фирмы Johns—Manville Со. [35]:

Сообщалось также о разработке для теплозащиты корпусов ка­ мер сгорания РДТТ матов на основе волокон титаната калия [36],

Внешний экран, защищающий днище I ступени МБР «Минит- "мен» от воздействия газовых струй продуктов сгорания, оформ­ ляется в виде прессованного из асбофенольного пластика диска, закрепляемого между соплами РДТТ I ступени [37].

В настоящее время в США интенсивно разрабатываются ма­ териалы типа резинопластов, которые, по-видимому, будут приня­ ты в качестве стандартного материала для теплозащиты корпусов РДТТ. Над разработкой резинопластов (решение проблемы сов­ мещения каучуков со смолами, выбор оптимального наполнителя или группы наполнителей и т. п.) работает одна из крупнейших фирм США — United Rubber States [38].

Для термоизоляции сопловых днищ РДТТ считают перспектив­ ным использование самого твердого топлива со скоростью горения, сниженной присадками настолько, чтобы сравнительно небольшие толщины топлива изолировали днище изделий в течение всего времени работы двигателя. Вопрос об использовании модифици­ рованного твердого топлива для термоизоляции днищ РДТТ про­ рабатывается, в частности, для улучшенного варианта МБР «Ми-

нитмен» [39—41].

27

Г л а в а II

КОНСТРУКЦИЯ, МАТЕРИАЛЫ И НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОПЕЛ КРУПНОГАБАРИТНЫХ РДТТ

Конструктивные особенности сопел

Условия работы сопел РДТТ предъявляют к материалам для этого узла весьма жесткие и многосторонние требования. Так, они

должны иметь:

жаростойкость и жаропрочность при температурах до 3500° С (и более высоких температурах для перспективных рецептур твер­ дых топлив);

достаточную конструктивную прочность; эрозионную стойкость в высокотемпературном сверхзвуковом

потоке, насыщенном твердыми частицами.

В связи с этим, по мнению зарубежных специалистов, доста­ точно легкое сопло может быть получено только при использова­ нии в конструкции сопла принципа многослойности, когда каждый отдельный слой конструкции выполняет строго определенную фун­ кцию, а вся сборка в целом обеспечивает работоспособность узла' при удовлетворительных весовых характеристиках сопла [42].

В конструкции сопел широко используются специальные жаро­ стойкие и жаропрочные материалы и покрытия. Применение ком­ бинаций этих материалов дает возможность значительно снизить вес этого наиболее ответственного узла РДТТ и обеспечить его эксплуатационную надежность. Так, сопло, состоящее из графито­ вого вкладыша с напыленным на него слоем двуокиси циркония, пластмассового раструба и молибденового корпуса, по расчетам, оказывается в 2,28 раза легче по сравнению с вариантом сопла, предназначенного для работы в том же РДТТ, но изготовленного целиком из молибдена с напыленной на рабочую поверхность ме­ талла двуокисью циркония [42].

На рис. 4 приведена схема слоев неохлаждаемого многослой­ ного сопла минимального веса, разработанная специалистами фирмы Marquard (США): слой 1 — внутренняя стенка сопла, обес­ печивающая эрозионную защиту конструкции и стабильность раз­ мера dKр сопла, его предполагают изготовлять из материала повы-

28