RU2064600C1

RU2064600C1 - Method of formation heat-protective coating for solid-propellant rocket engine

Info

Publication number: RU2064600C1
Application number: RU94015420A
Authority: RU
Inventors: Б.И. Фещенко; С.В. Жилин; Л.Д. Власов
Original assignee: Конструкторское бюро машиностроения
Priority date: 1994-04-22
Filing date: 1994-04-22
Publication date: 1996-07-27

Abstract

FIELD: combustion chambers of rocket engines; heat-protective coatings of solid-propellant rocket engines having metal casing. SUBSTANCE: heat-protective coating on base of rubber is applied on inner side of combustion chamber to protect it against burn-out. Erosion-resistant underlayer made, for example, from carbon fabric is applied on hollow mandrel after which heat-insulating layer is applied by winding the rubber-like cord; then layers are subjected to pressing at simultaneous supply of heat both within and without mandrel followed by cooling which is effected by feeding the cooling agent inside mandrel. Heat-protective sleeve thus formed is removed from mandrel and inserted in combustion chamber. Then mandrel made of material whose linear expansion coefficient exceeds that of combustion chamber by 1.5 to 2.5 times is inserted in combustion chamber and coating is subjected to vulcanization. EFFECT: enhanced reliability. 4 dwg

Description

Изобретение относится к камерам сгорания ракетных двигателей, в частности, к теплозащитным покрытиям ракетных двигателей твердого топлива, имеющих металлический корпус. Теплозащитное покрытие наносится на внутреннюю поверхность корпуса и предохраняет его от прогара. В качестве материала для теплозащитного покрытия используют теплостойкую резину. The invention relates to combustion chambers of rocket engines, in particular, to heat-resistant coatings of rocket engines of solid fuel having a metal body. Thermal insulation coating is applied to the inner surface of the housing and protects it from burnout. As a material for a heat-shielding coating, heat-resistant rubber is used.

Известна технология изготовления оболочки из вулканизированной резины для облицовки внутренних стенок ракетного двигателя твердого топлива (см. французский патент N 2098934). Known technology for the manufacture of shells of vulcanized rubber for lining the inner walls of a rocket engine of solid fuel (see French patent N 2098934).

Согласно патенту из смеси, содержащей каучук, прокатываются листы толщиной 2-3 мм, а затем их вулканизируют, обрезают листы по размеру, придавая им соответствующую форму. После обезжиривания и обработки пескоструем на стенки двигателя наносят слой резинового клея, с помощью которого листы приклеиваются к стенкам. According to the patent, from a mixture containing rubber, sheets 2-3 mm thick are rolled, and then they are vulcanized, the sheets are cut to size, giving them an appropriate shape. After degreasing and sandblasting, a layer of rubber glue is applied to the engine walls, with which the sheets are glued to the walls.

Недостатком этого способа является то, что в местах стыковки листов возможны прогар двигателя. Кроме того, трудно наклеивать листы на внутренние стенки длинных камер малого диаметра, особенно камер, имеющих коническую часть. Прототипом заявляемого изобретения является заявка N 2614651, Франция, "Способ и установка для образования теплозащитного покрытия двигателя". Согласно указанному изобретению, резиновая лента, толщину которой регулируют, экструдируется и наматывается на внутреннюю стенку двигателя. Намотку осуществляют сомкнутыми витками. После намотки резиновое покрытие вулканизируют. Однако, изготовленное таким способом теплозащитное покрытие не обеспечивает достаточной защиты для двигателей с высокой температурой горения у стенок двигателя, например, для двигателей торцевого горения, заряд которых армирован металлическими проволочками. Теплозащитное покрытие таких двигателей дополнительно содержит эрозионностойкий подслой, например, из углеткани с различным количеством слоев. The disadvantage of this method is that in places where the sheets are joined, burnout of the engine is possible. In addition, it is difficult to stick sheets on the inner walls of long chambers of small diameter, especially chambers having a conical part. The prototype of the claimed invention is the application N 2614651, France, "Method and installation for the formation of heat-protective coating of the engine." According to the specified invention, a rubber tape, the thickness of which is regulated, extruded and wound on the inner wall of the engine. Winding is carried out in closed turns. After winding, the rubber coating is vulcanized. However, the heat-protective coating made in this way does not provide sufficient protection for engines with a high combustion temperature near the engine walls, for example, for end-combustion engines, the charge of which is reinforced with metal wires. The heat-protective coating of such engines additionally contains an erosion-resistant sublayer, for example, of carbon fabric with a different number of layers.

Задачей изобретения является разработка технологии образования теплозащитного покрытия ракетного двигателя твердого топлива, имеющего малый диаметр (до 70 мм) и большую длину (до 700 мм). Одной из задач является создание покрытия переменной толщины с эрозионнойстойким подслоем. В наиболее теплонапряженных зонах теплозащитное покрытие должно иметь более толстый слой. Кроме того, для целей серийного производства необходимо существенно сократить время образования теплозащитного покрытия. The objective of the invention is to develop a technology for the formation of a thermal barrier coating of a rocket engine of solid fuel having a small diameter (up to 70 mm) and a large length (up to 700 mm). One of the tasks is to create a coating of variable thickness with an erosion-resistant sublayer. In the most heat-stressed areas, the heat-shielding coating should have a thicker layer. In addition, for the purposes of mass production, it is necessary to significantly reduce the time of formation of a heat-protective coating.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что из резиноподобного теплозащитного материала изготавливают рукав, который вклеивают в камеру сгорания. Рукав изготавливают с помощью пустотелой оправки, на которую сначала наносят эрозионностойкий подслой, например из углеткани, а затем теплоизоляционный слой путем намотки шнура, изготовленного из теплоизоляционного материала на основе каучука, после этого прессуют при температуре 80 100^oC с подводом тепла снаружи и изнутри оправки; затем покрытие охлаждают путем подачи хладагента, не охлаждая матрицы пресс-формы, в полость оправки; снимают с оправки образовавшийся теплозащитный рукав, который без механической обработки устанавливают на клее в камере сгорания, затем в камере сгорания устанавливают оправку из материала, коэффициент линейного расширения которого больше, чем у камеры сгорания, а затем вулканизируют теплозащитное покрытие. Предлагаемый способ обеспечивает образование теплозащитного покрытия, состоящего из теплоизоляционного слоя на основе каучука и эрозионностойкого подслоя, например из углеткани, для двигателей, имеющих малый диаметр (до 70 мм), большую длину (до 700 мм) и коническую часть. Кроме того, за счет интенсификации нагревания и охлаждения рукава существенно уменьшается время изготовления теплозащитного покрытия.The essence of the claimed invention lies in the fact that a sleeve is made from a rubber-like heat-shielding material, which is glued to the combustion chamber. The sleeve is made using a hollow mandrel, on which an erosion-resistant sublayer, for example carbon fiber, is first applied, and then a heat-insulating layer by winding a cord made of heat-insulating material based on rubber, then pressed at a temperature of 80-100 ^o C with heat being supplied from the outside and from the inside of the mandrel ; then the coating is cooled by supplying refrigerant without cooling the mold matrix into the mandrel cavity; remove the formed heat-shielding sleeve from the mandrel, which without mechanical processing is installed on the adhesive in the combustion chamber, then a mandrel of material is installed in the combustion chamber, the linear expansion coefficient of which is greater than that of the combustion chamber, and then the heat-proof coating is vulcanized. The proposed method provides the formation of a heat-protective coating consisting of a heat-insulating layer based on rubber and an erosion-resistant sublayer, for example, carbon fabric, for engines having a small diameter (up to 70 mm), a large length (up to 700 mm) and a conical part. In addition, due to the intensification of heating and cooling of the sleeve, the manufacturing time of the heat-shielding coating is significantly reduced.

На фиг. 1 изображена схема намотки шнура круглого сечения из резиноподобного материала на пустотелую оправку. In FIG. 1 shows a diagram of winding a round cord of rubber-like material on a hollow mandrel.

На фиг. 2 оправка с теплозащитным рукавом в процессе прессования. In FIG. 2 mandrel with heat shield during pressing.

На фиг. 3 оправка с теплозащитным рукавом в процессе охлаждения. In FIG. 3 mandrel with heat shield during cooling.

На фиг. 4 камера сгорания ракетного двигателя с оправкой в процессе вклеивания теплозащитного покрытия. На пустотелую оправку укладывается раскрой из эрозионностойкого материала типа углеткани 2, в необходимое количество слоев, после чего он фиксируется технологическими кольцами 3. In FIG. 4 combustion chamber of a rocket engine with a mandrel in the process of gluing a heat-protective coating. On a hollow mandrel, cutting is laid out from an erosion-resistant material such as carbon fabric 2, in the required number of layers, after which it is fixed by technological rings 3.

Из резиноподобного теплоизоляционного материала на основе каучука изготавливается методом экструзии шнур 4 круглого сечения диаметром 2,5-2,6 мм, массой 330-340 г/м. Указанная масса, размеры шнура и количество слоев намотки соответствуют номинальной толщине покрытия при минимальном облое после прессования, что необходимо для исключения утяжек и разрывов эрозионностойкого подслоя. A cord 4 of circular cross section with a diameter of 2.5-2.6 mm and a weight of 330-340 g / m is made from a rubber-like heat-insulating material based on rubber. The indicated mass, size of the cord and the number of winding layers correspond to the nominal coating thickness with a minimum area after pressing, which is necessary to eliminate bursts and tears of the erosion-resistant sublayer.

Шнур 4 наматывается на оправку 1 с предварительно уложенным на нее раскроем 2 из углеткани. Технологические кольца 3 снимаются по мере намотки шнура. The cord 4 is wound on a mandrel 1 with a pre-laid cutting of carbon fiber 2. Technological rings 3 are removed as the cord is wound.

Оправка 1 с уложенным слоем углеткани и намотанным шнуром устанавливается в нагретую пресс-форму 5, размещенную на плитах 6 гидравлического пресса. Матрицы пресс-формы 5 смыкаются, затем во внутреннюю полость оправки 1 устанавливают электронагревательный элемент 7 и нагревают покрытие с внутренней и наружной стороны до температуры 80-100^oC. Для формования покрытия матрицы пресс-формы 5 выдерживают под давлением в течение 5-10 мин. После выдержки нагревание прекращают и извлекают электронагревательный элемент 7 из полости оправки 1. К внутренней полости оправки подключают трубопровод и пропускают через него холодную воду, охлаждая оправку и покрытие до температуры 40^oC, не снимая усилия пресса и не включая обогрев плит и матриц пресс-формы. Время прессования теплозащитного покрытия 15-20 мин. После охлаждения снимают с оправки образовавшийся рукав с подслоем. Полученный рукав 8 без механической обработки устанавливают в камеру 9 на клей горячего отверждения. После этого вводят внутрь оправку 10, поджав ее технологическими крышками. Оправку изготавливают из алюминия или из иного материала так, чтобы коэффициент линейного расширения материала оправки был в 1,5-2,5 раза больше, чем у корпуса камеры сгорания двигателя. Камеру с теплозащитным покрытием и оправкой помещают в термокамеру и выдерживают при температуре 160^oC в течение 3-х часов. Оправка, изготовленная из алюминия, имеющая больший коэффициент линейного расширения, чем у камеры, обеспечивает плотное поджатие покрытия к корпусу камеры сгорания двигателя. После вулканизации оправку 10 удаляют. Операцию вулканизации проводят в термокамере, помещая в нее партию до 50 штук двигателей.The mandrel 1 with a laid layer of carbon fabric and a wound cord is installed in a heated mold 5, placed on the plates 6 of the hydraulic press. Matrices of the mold 5 are closed, then an electric heating element 7 is installed in the inner cavity of the mandrel 1 and the coating is heated from the inside and outside to a temperature of 80-100 ^o C. To form the coating, the matrices of the mold 5 are kept under pressure for 5-10 minutes . After holding, the heating is stopped and the electric heating element 7 is removed from the cavity of the mandrel 1. A pipe is connected to the inner cavity of the mandrel and cold water is passed through it, cooling the mandrel and coating to a temperature of 40 ^o C, without removing the pressure of the press and not including heating of the plates and matrices of the press forms. The pressing time of the heat-protective coating is 15-20 minutes. After cooling, the formed sleeve with a sublayer is removed from the mandrel. The resulting sleeve 8 without machining is installed in the chamber 9 on the hot cure adhesive. After that, the mandrel 10 is inserted inside, pressing it with technological covers. The mandrel is made of aluminum or other material so that the coefficient of linear expansion of the mandrel material is 1.5-2.5 times greater than that of the body of the combustion chamber of the engine. The camera with a heat-protective coating and a mandrel is placed in a heat chamber and maintained at a temperature of 160 ^o C for 3 hours. A mandrel made of aluminum, having a greater coefficient of linear expansion than the camera, provides a tight compression of the coating to the housing of the combustion chamber of the engine. After vulcanization, the mandrel 10 is removed. The vulcanization operation is carried out in a heat chamber, placing a batch of up to 50 engines in it.

Claims

Способ образования теплозащитного покрытия ракетного двигателя твердого топлива, включающий нанесение теплоизоляционного материала на основе каучука на внутреннюю стенку металлической камеры сгорания и его последующую вулканизацию, отличающийся тем, что на пустотелую оправку последовательно наносят эрозионностойкий подслой, например, из углеткани, а затем теплоизоляционный слой путем намотки шнура, изготовленного из теплоизоляционного материала, прессуют с подводом тепла снаружи и изнутри оправки, охлаждают путем подачи хладагента в полости оправки без охлаждения матрицы, снимают с оправки образовавшийся теплозащитный рукав, вставляют его в камеру сгорания на клее, устанавливают в камеру оправку из материала, коэффициент линейного расширения которого в 1,5 2,5 раза больше, чем у камеры сгорания, а затем вулканизируют теплозащитное покрытие в корпусе камеры. A method of forming a heat-protective coating of a solid fuel rocket engine, including applying a rubber-based heat-insulating material to the inner wall of a metal combustion chamber and its subsequent vulcanization, characterized in that an erosion-resistant sub-layer, for example, of carbon fabric, and then a heat-insulating layer by winding, are sequentially applied to the hollow mandrel a cord made of heat-insulating material is pressed with heat supply from the outside and from the inside of the mandrel, cooled by supplying refrigerant and in the cavity of the mandrel without cooling the matrix, the formed heat-shielding sleeve is removed from the mandrel, inserted into the combustion chamber on the adhesive, a mandrel of material is installed in the chamber, the linear expansion coefficient of which is 1.5 2.5 times that of the combustion chamber, and then heat-protective coating is vulcanized in the camera body.