Патент на изобретение №2339830

(54) КОРПУС ТВЕРДОТОПЛИВНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области изготовления оболочек из композиционных материалов и может найти применение в конструкциях корпусов ракетных двигателей твердого топлива, выполненных из полимерных композиционных материалов. Корпус твердотопливного ракетного двигателя из композиционных материалов содержит силовую оболочку в виде кокона, выполненного методом непрерывной намотки, намотанную оболочку второго кокона и плоские кабели бортовой кабельной сети, вмотанные в межкоконное пространство. Кабели бортовой кабельной сети в поперечном сечении оболочки расположены относительно друг друга на расстояниях, определяемых по защищаемой настоящим изобретением зависимости. Пространство между кабелями послойно заполнено эластичными резиновыми прослойками, выложенными на всю длину цилиндрической части и имеющими переменную ширину, равную межкабельному расстоянию на соответствующем радиусе расположения данной прослойки. Изобретение позволяет повысить прочность и надежность корпуса ракетного двигателя твердого топлива за счет равномерного распределения напряжений в слоях композиционного материала корпуса в процессе работы. 2 ил.

Изобретение относится к области изготовления оболочек из композиционных материалов и может найти применение в конструкциях корпусов ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ), выполненных из полимерных композиционных материалов (ПКМ) и различных емкостей, силовая оболочка которых изготовлена из композиционных материалов.

Известна конструкция корпуса двигателя из композиционных материалов, содержащая силовую оболочку в виде кокона, оболочку второго кокона со шпангоутами и плоские кабели бортовой кабельной сети (БКС), вмотанные в межкоконное пространство (Лавров Л.Н. Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе. Москва: Машиностроение, 1993. С.54).

В указанном техническом решении намотка второго кокона производится непосредственно на оплетку кабеля БКС.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому корпусу РДТТ из ПКМ является корпус ракеты из органопластика по патенту RU №2230925, в котором кабели проложены внутри стенки корпуса, изготовленного методом намотки волокон.

Существенным недостатком известных конструкций является недостаточно высокая прочность скрепления оболочки второго кокона с силовой оболочкой корпуса. Этот недостаток имеет место из-за сложной формы поверхности второго кокона, вследствие чего между скрепляемыми оболочками возможно образование пустот и расслоений, приводящих к неравномерному распределению напряжений и соответственно снижению прочности и надежности корпуса РДТТ.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание конструкции корпуса РДТТ, позволяющей обеспечить равномерное распределение напряжений в слоях композиционного материала корпуса в процессе работы РДТТ, тем самым, увеличивая прочность и надежность корпуса.

Технический результат достигается тем, что в корпусе твердотопливного ракетного двигателя из композиционных материалов, содержащем силовую оболочку в виде кокона, выполненного методом непрерывной намотки, оболочку второго кокона, намотанную за одно с узлами стыка и плоские кабели бортовой кабельной сети, вмотанные в межкоконное пространство, кабели бортовой кабельной сети в поперечном сечении оболочки расположены относительно друг друга на расстояниях

,

при этом пространство между кабелями послойно заполнено эластичными резиновыми прослойками, выложенными на всю длину цилиндрической части и имеющими переменную ширину, равную межкабельному расстоянию на соответствующем радиусе расположения данной прослойки, где

l – длина дуги наружной поверхности силовой оболочки между кабелями;

R – радиус наружной поверхности силовой оболочки;

– толщина кабеля БКС.

При этом параметр l является оптимизационным параметром, обеспечивающим минимальное увеличение массы конструкции. Параметр l определен исходя из допущения, что площадь расслоений между кабелями должна быть меньше площади скрепления второго кокона с силовой оболочкой.

На фиг.1 показано продольное сечение корпуса.

На фиг.2 – поперечное сечение А-А корпуса.

Корпус из композиционного материала состоит из силовой оболочки в виде кокона 1, выполненного методом непрерывной намотки, из второго кокона 2. В межкоконном пространстве размещены кабели БКС 3, между которыми расположены эластичные резиновые прослойки 4, в случае, если

Если

то эластичные резиновые прослойки не выкладываются.

Работа корпуса РДТТ типа «кокон» заключается в следующем.

При воздействии на корпус внешних осевых сжимающих нагрузок на участке скрепления второго кокона с силовой оболочкой возникают сдвиговые напряжения, создающие вероятность расслоения “коконов”. Наличие кабелей БКС создает концентрацию сдвиговых напряжений в местах сопряжения поверхностей оплетки кабеля БКС со слоями второго кокона, что повышает вероятность расслоений в процессе работы РДТТ. Заполнение пространства между кабелями бортовой кабельной сети эластичными резиновыми прослойками, выложенными на всю длину цилиндрической части, обеспечивает непрерывный контакт препрегов композиционного материала второго кокона с силовой оболочкой по всему периметру, увеличивая площадь скрепления второго кокона с силовой оболочкой и снижая тем самым сдвиговые напряжения.

При этом исключается возможность искривления кольцевых и спиральных слоев относительно формующей поверхности и обеспечивается равномерное распределение напряжений в слоях композиционного материала, а следовательно, повышаются прочностные характеристики корпуса.

Таким образом, новое техническое решение позволяет создать корпуса РДТТ повышенного качества, надежности и прочности.

Формула изобретения

Корпус твердотопливного ракетного двигателя из композиционных материалов, содержащий силовую оболочку в виде кокона, выполненного методом непрерывной намотки, намотанную оболочку второго кокона и плоские кабели бортовой кабельной сети, вмотанные в межкоконное пространство, отличающийся тем, что кабели бортовой кабельной сети в поперечном сечении оболочки расположены относительно друг друга на расстояниях при этом пространство между кабелями послойно заполнено эластичными резиновыми прослойками, выложенными на всю длину цилиндрической части и имеющими переменную ширину, равную межкабельному расстоянию на соответствующем радиусе расположения данной прослойки, где

l – длина дуги наружной поверхности силовой оболочки между кабелями;

R – радиус наружной поверхности силовой оболочки;

– толщина кабеля бортовой кабельной сети.

РИСУНКИ