RU2667038C1 - Feedwell of thermal insulation and method of its manufacture - Google Patents
Feedwell of thermal insulation and method of its manufacture Download PDFInfo
- Publication number
- RU2667038C1 RU2667038C1 RU2017140213A RU2017140213A RU2667038C1 RU 2667038 C1 RU2667038 C1 RU 2667038C1 RU 2017140213 A RU2017140213 A RU 2017140213A RU 2017140213 A RU2017140213 A RU 2017140213A RU 2667038 C1 RU2667038 C1 RU 2667038C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shell
- honeycomb
- thermal insulation
- feedwell
- filler
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C1/00—Fuselages; Constructional features common to fuselages, wings, stabilising surfaces or the like
- B64C1/40—Sound or heat insulation, e.g. using insulation blankets
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое техническое решение относится к композиционным материалам и технологии их получения, используемым в различных областях техники, в частности, в ракетной, авиационной и минно-торпедном вооружении, а именно, к обечайке защиты боевого зарядного отделения, в которых изделия работают в условиях криогенных температур, аэродинамического и теплового нагрева в ситуации внешнего пожара и высоких рабочих давлений.The proposed technical solution relates to composite materials and technologies for their production, used in various fields of technology, in particular, in rocket, aviation and mine-torpedo armament, namely, to the side of the protection of the combat charging compartment, in which the products operate at cryogenic temperatures, aerodynamic and thermal heating in an external fire situation and high working pressures.
Из патентной литературы известны композиционные материалы, работающие как при криогенных температурах, так и в условиях аэродинамического нагрева, содержащие вещества обеспечивающие теплозащиту за счет протекания эндотермических реакций со значительным поглощением тепла (патент США 5,322,725).Composite materials are known from the patent literature that operate both at cryogenic temperatures and under conditions of aerodynamic heating, containing materials that provide thermal protection due to the occurrence of endothermic reactions with significant heat absorption (US Pat. No. 5,322,725).
Из-за сложности и длительности технологического цикла послойного формирования композиционного материала теплозащиты предложенная конструкция недостаточно надёжна и не обеспечивает теплозащиту при высоких температурах 8000С и выше.Due to the complexity and duration of the technological cycle of the layer-by-layer formation of a composite material of thermal protection, the proposed design is not reliable enough and does not provide thermal protection at high temperatures of 800 0 C and higher.
Это недостаток частично устранён в техническом решении по патенту США 6,663,051, выбранном заявителем в качестве ближайшего аналога. В многослойном изделии, работающем при значительных термических нагрузках, содержащем сотовый наполнитель в качестве демпферного слоя, и отдельные слои, содержащие компоненты, обеспечивающие протекание эндотермических реакций при нагреве. При этом газообразные продукты термической диссоциации эндотермических реакций выводятся через соты навстречу действия теплового потока.This disadvantage is partially eliminated in the technical solution for US patent 6,663,051, selected by the applicant as the closest analogue. In a multilayer product operating under significant thermal loads, containing a honeycomb filler as a damper layer, and individual layers containing components that ensure the occurrence of endothermic reactions during heating. In this case, the gaseous products of thermal dissociation of endothermic reactions are removed through the cells towards the action of the heat flux.
В способе изготовления такого многослойного изделия, заключающемся в нанесении на металлическую основу, служащую элементом крепления, теплоизоляционного материала, содержащего эндотермические компоненты, покрытого слоем сотового наполнителя, закрытого сверху пористым износостойким слоем, обеспечивающим одновременно выход газообразных продуктов термического разложения эндотермических компонентов и эрозионную стойкость от внешнего воздействия.In the method of manufacturing such a multilayer product, which consists in applying to a metal base, which serves as an attachment element, a heat-insulating material containing endothermic components, coated with a layer of honeycomb filler, closed on top with a porous wear-resistant layer, providing at the same time the exit of gaseous products of thermal decomposition of endothermic components and erosion resistance from external exposure.
Недостаток указанного технического решения заключается в длительности цикла изготовления и низкой эксплуатационной надёжности термической защиты, связанной с дискретностью слоёв, на границе которых возможно расслоение, приводящее к нарушению эффективности тепловой защиты.The disadvantage of this technical solution is the length of the manufacturing cycle and low operational reliability of thermal protection associated with the discreteness of the layers at the boundary of which delamination is possible, leading to a violation of the effectiveness of thermal protection.
Заявляемые решения относятся к группе изобретений, связанных между собой и образующих единый изобретательский замысел. The claimed solutions relate to the group of inventions, interconnected and forming a single inventive concept.
Технической проблемой, решаемой предполагаемым изобретением, является обеспечение эксплуатационной надёжности обечайки тепловой изоляции в условиях криогенных температур, аэродинамического и теплового нагрева в ситуации внешнего пожара и высоких рабочих давлений.The technical problem solved by the proposed invention is to ensure the operational reliability of the shell of thermal insulation under conditions of cryogenic temperatures, aerodynamic and thermal heating in an external fire and high operating pressures.
Техническим результатом является повышение эксплуатационной надежности обечайки при одновременном упрощении способа ее изготовления.The technical result is to increase the operational reliability of the shell while simplifying the method of its manufacture.
Заявленный технический результат достигается тем, что в обечайке тепловой изоляции, содержащей сотовый наполнитель, согласно изобретению, сотовый наполнитель выполнен из тканого материала, а соты заполнены неорганическим связующим с гомогенизированными эндотермическими добавками на основе карбонатов магния и кальция и армирующими присадками на основе нанокарбида кремния.The claimed technical result is achieved by the fact that in the casing of thermal insulation containing a honeycomb filler, according to the invention, the honeycomb filler is made of woven material, and the honeycomb is filled with an inorganic binder with homogenized endothermic additives based on magnesium and calcium carbonates and reinforcing additives based on silicon nanocarbide.
Кроме того, армирующие присадки выполнены в форме ворсинок карбида кремния длиной 200-400 мкм и диаметром 20-40 нм.In addition, the reinforcing additives are made in the form of fibers of silicon carbide with a length of 200-400 microns and a diameter of 20-40 nm.
Сотовый наполнитель выполнен из препрега на основе стеклоткани, базальтового волокна или углеродных тканых материалов. The honeycomb core is made of prepreg based on fiberglass, basalt fiber or carbon woven materials.
Также заявленный технический результат достигается тем, что в способе изготовления обечайки тепловой изоляции, включающем формообразование заготовки сотового наполнителя, согласно изобретению, заготовку сотового наполнителя получают по форме требуемой геометрии обечайки, после чего соты наполнителя послойно заполняют неорганическим связующим с гомогенизированными эндотермическими добавками на основе карбонатов магния и кальция и армирующими присадками на основе нанокарбида кремния, каждый слой сушат потоком горячего воздуха, обечайку с заполненными сотами помещают в конвекционную сушильную камеру до окончания сушки.The claimed technical result is also achieved by the fact that in the method for manufacturing a shell of thermal insulation, including forming a blank of honeycomb according to the invention, the blank of honeycomb is obtained in the form of the desired geometry of the shell, after which the honeycomb of the filler is layer-by-layer filled with an inorganic binder with homogenized endothermic additives based on magnesium carbonates and calcium and reinforcing additives based on silicon nanocarbide, each layer is dried with a stream of hot air, about tea with closed cells are placed in a convection drying chamber before drying closure.
При этом используют армирующие присадки, выполненные в форме ворсинок карбида кремния длиной 200-400 мкм и диаметром 20-40 нм, а сотовый наполнитель изготавливают из препрега на основе стеклоткани, базальтового волокна или углеродных тканых материалов.In this case, reinforcing additives are used, made in the form of silicon carbide fibers 200-400 μm long and 20-40 nm in diameter, and the honeycomb filler is made of a prepreg based on fiberglass, basalt fiber or carbon woven materials.
В условиях криогенных температур, аэродинамического и теплового нагрева в ситуации внешнего пожара и высоких рабочих давлений в материале, заполняющем соты, инициируется эндотермическая реакция с поглощением тепла благодаря наличию гомогенизированных добавок, входящих в состав неорганического связующего, заполняющего внутренний объём сот сотового наполнителя. Under conditions of cryogenic temperatures, aerodynamic and thermal heating in an external fire situation and high working pressures in the material filling the cells, an endothermic reaction with heat absorption is initiated due to the presence of homogenized additives that are part of the inorganic binder filling the internal volume of the honeycomb core.
При этом прочностные характеристики керамической массы внутри сот обеспечиваются введением в состав связующего армирующих присадок на основе нанокарбида кремния в форме нановорсинок длиной 200-400 мкм и диаметром 20-40 нм, обеспечивающих целостность керамического массива внутри сот при тепловом воздействии на обечайкуAt the same time, the strength characteristics of the ceramic mass inside the honeycomb are ensured by the introduction of reinforcing additives based on silicon nanocarbide in the form of nanofibers 200-400 μm long and 20-40 nm in diameter into the binder composition, which ensure the integrity of the ceramic mass inside the cells when exposed to heat
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен график температурной зависимости нагрева внешней и внутренней поверхности обечайки в течение времени, на фиг. 2 – фотография испытания готовой обечайки тепловой изоляции, фиг.3 – фотография сотового наполнителя «РБ-КОМБ 130», на фиг. 4 – фотография сформированного композиционного материала обечайки.The essence of the claimed invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a graph of the temperature dependence of heating the outer and inner surfaces of the shell over time, FIG. 2 is a photograph of a test of a finished shell of thermal insulation, FIG. 3 is a photograph of a honeycomb filler “RB-KOMB 130”, in FIG. 4 is a photograph of the formed composite shell material.
Были проведены исследования процессов, происходящих при длительном тепловом воздействии на обечайку тепловой изоляции. В конкретном исследовании изучался случай применения обечайки тепловой изоляции для защиты боевого зарядного отделения торпеды морского применения. В качестве температуры нагрева внешней стороны обечайки был задан нагрев до 8000С, данная температура является характерной при возникновении пожара в торпедном отделении подводной лодки. По существующим нормативам пожар должен быть локализован в течение 15 минут. Температура нагрева с тыльной стороны обечайки в течение 15 минут не должна превышать 170-1800С. В случае превышения данной температуры возможна детонация взрывчатого вещества боевого зарядного отделения. Studies of the processes occurring during prolonged thermal exposure to the shell of thermal insulation were carried out. In a specific study, the case of using a thermal insulation shell to protect the combat loading compartment of a torpedo of marine use was studied. As the heating temperature of the outer side of the shell was set to 800 0 C, this temperature is characteristic when a fire occurs in the torpedo compartment of the submarine. According to existing standards, the fire must be localized within 15 minutes. The heating temperature on the back side of the shell for 15 minutes should not exceed 170-180 0 C. If this temperature is exceeded, detonation of the explosive material of the combat charging compartment is possible.
Как показано на графике (фиг.1), экспериментально построенном на основании данных измерений нагрева поверхности с внешней и тыльной стороны трёх образцов обечайки в течение времени, определяется горизонтальная площадка постоянства температуры с тыльной стороны обечайки начиная с 3-й по 15 минуту нагрева при температуре с внешней стороны 8000С. Наличие данной площадки объясняется протеканием эндотермических реакций, в которых происходит поглощение тепла и реализуется механизм «химического холодильника». В качестве эндотермических добавок использованы карбонаты магния и кальция. Учитывая различный порог температур, инициирующих начало эндотермических реакций для MgCO3 и CaCO3, 5500С и 8000С соответственно, имеем плавный переход теплопоглощения, обеспечивающий необходимую тепловую защиту. As shown in the graph (Fig. 1), experimentally constructed on the basis of measurements of surface heating from the outer and the back of three shell samples over time, a horizontal platform of temperature constancy is determined from the back of the shell starting from the 3rd to 15th minute of heating at a temperature from the outside 800 0 С. The presence of this site is explained by the occurrence of endothermic reactions in which heat is absorbed and the “chemical refrigerator” mechanism is implemented. Magnesium and calcium carbonates were used as endothermic additives. Given the different temperature thresholds that initiate the onset of endothermic reactions for MgCO 3 and CaCO 3, 550 0 С and 800 0 С, respectively, we have a smooth transition of heat absorption, providing the necessary thermal protection.
Добавка на основе нановолокон карбида кремния за счет характеристик теплопроводности обеспечивает равномерность протекания эндотермических реакций в объёме соты, а также выполняет армирующую роль предотвращая разрушение материала при нагреве.Due to the characteristics of thermal conductivity, the additive based on silicon carbide nanofibres ensures the uniformity of the endothermic reactions in the cell volume, and also plays a reinforcing role preventing the destruction of the material during heating.
В процессе термического воздействия не происходит вздутия поверхности и разрушения обечайки, что подтверждается фотографией (фиг. 2)In the process of thermal exposure there is no swelling of the surface and destruction of the shell, as evidenced by the photograph (Fig. 2)
Анализ представленного графика показывает, что обечайка тепловой защиты выполнила свой функционал и температура с её тыльной стороны не поднялась выше критических 170-1800С.The analysis of the graph shows that the thermal protection shell has fulfilled its functionality and the temperature on its back has not risen above the critical 170-180 0 С.
Обечайка тепловой изоляции содержит сотовый наполнитель (фиг. 3), который выполнен из тканого материала. Соты заполнены неорганическим связующим с гомогенизированными эндотермическими добавками на основе карбонатов магния и кальция и армирующими присадками на основе нанокарбида кремния, выполненными в форме ворсинок карбида кремния длиной 200-400 мкм и диаметром 20-40 нм. The thermal insulation shell contains a honeycomb filler (Fig. 3), which is made of woven material. The honeycombs are filled with an inorganic binder with homogenized endothermic additives based on magnesium and calcium carbonates and reinforcing additives based on silicon nanocarbide, made in the form of silicon carbide fibers with a length of 200-400 microns and a diameter of 20-40 nm.
Cотовый наполнитель может быть выполнен, например, из препрега на основе стеклоткани, из препрега на основе базальтового волокна или углеродных тканых материалов.Cellular filler can be made, for example, from a prepreg based on fiberglass, from a prepreg based on basalt fiber or carbon woven materials.
В случае необходимости использования обечайки в качестве внешнего конструкционного материала, возможна облицовка её ламинатом на основе углеродного волокна.If it is necessary to use the shell as an external structural material, it is possible to clad it with a carbon fiber-based laminate.
Пример конкретного выполнения обечайки приведен на фиг. 4. An example of a specific shell is shown in FIG. four.
Обечайка тепловой изоляции изготовлена из сотового наполнителя из препрега на основе стеклоткани с размером сот 5 мм, которые заполнены неорганическим связующим с гомогенизированными эндотермическими добавками на основе карбонатов магния и кальция и армирующими присадками на основе карбида кремния - «РБ-ЭНДОКОМБ 350/1400».The heat insulation shell is made of honeycomb filler made of fiberglass-based prepreg with a honeycomb size of 5 mm, which is filled with an inorganic binder with homogenized endothermic additives based on magnesium and calcium carbonates and reinforcing additives based on silicon carbide - RB-ENDOCOMB 350/1400.
Способ изготовления обечайки тепловой изоляции далее описан на конкретном примере его реализации.A method of manufacturing a shell of thermal insulation is further described on a specific example of its implementation.
В качестве исходного материала используется сотовый наполнитель «РБ-КОМБ 130», изготовленный из препрега на основе стеклоткани плотностью не выше 300 гр/м2 (фиг.3). Размер соты в сотовом наполнителе равен 5 мм, высота сотового наполнителя может составлять от 5 до 20 мм. В данном случае выбран наполнитель высотой 10 мм. В зависимости от конфигурации защищаемого боевого зарядного отделения, возможно придание сотовому наполнителю цилиндрической или конической формы. Задание геометрии формы осуществляется на специальной металлической оправке. После фиксации сотового наполнителя на оправке соты послойно заполняют неорганическим связующим «РБ-ЭНДОКОМБ 350/1400» посредством шприца-дозатора. После каждого слоя содержимое сот подсушивается потоком нагретого воздуха. После окончания заполнения сот связующим сформированный композиционный материал на оправке помещают в конвекционную сушильную камеру для окончательной сушки. После сушки композиционный материал представляет собой массив с плотностью 1200–1300 кг/м3 (фиг. 4).As the source material, a honeycomb filler “RB-KOMB 130” is used, made of a prepreg based on fiberglass with a density of not higher than 300 g / m 2 (Fig. 3). The size of the honeycomb in the honeycomb core is 5 mm; the height of the honeycomb core can be 5 to 20 mm. In this case, a filler 10 mm high was selected. Depending on the configuration of the protected combat charging compartment, it is possible to give the honeycomb a cylindrical or conical shape. The shape geometry is set on a special metal mandrel. After fixing the honeycomb filler on the mandrel, the cells are filled in layers with an inorganic binder RB-ENDOCOMB 350/1400 by means of a syringe dispenser. After each layer, the contents of the cells are dried by a stream of heated air. After filling the honeycomb with a binder, the formed composite material on the mandrel is placed in a convection drying chamber for final drying. After drying, the composite material is an array with a density of 1200–1300 kg / m 3 (Fig. 4).
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017140213A RU2667038C1 (en) | 2017-11-20 | 2017-11-20 | Feedwell of thermal insulation and method of its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017140213A RU2667038C1 (en) | 2017-11-20 | 2017-11-20 | Feedwell of thermal insulation and method of its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2667038C1 true RU2667038C1 (en) | 2018-09-13 |
Family
ID=63580506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017140213A RU2667038C1 (en) | 2017-11-20 | 2017-11-20 | Feedwell of thermal insulation and method of its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2667038C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2760670C1 (en) * | 2020-07-31 | 2021-11-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Thermal insulation coating and method for its manufacture |
| RU2760670C9 (en) * | 2020-07-31 | 2023-01-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Thermal insulation coating and method for its manufacture |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6663051B2 (en) * | 2001-08-06 | 2003-12-16 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Thermal protection structure |
| RU2544827C1 (en) * | 2014-01-13 | 2015-03-20 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ) | Honeycomb panel from polymer composite material and method of its production |
| RU172984U1 (en) * | 2017-05-23 | 2017-08-03 | Хомик Юрий Ростиславович | Honeycomb panel |
-
2017
- 2017-11-20 RU RU2017140213A patent/RU2667038C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6663051B2 (en) * | 2001-08-06 | 2003-12-16 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Thermal protection structure |
| RU2544827C1 (en) * | 2014-01-13 | 2015-03-20 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ) | Honeycomb panel from polymer composite material and method of its production |
| RU172984U1 (en) * | 2017-05-23 | 2017-08-03 | Хомик Юрий Ростиславович | Honeycomb panel |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2760670C1 (en) * | 2020-07-31 | 2021-11-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Thermal insulation coating and method for its manufacture |
| RU2760670C9 (en) * | 2020-07-31 | 2023-01-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Thermal insulation coating and method for its manufacture |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3992997A (en) | Warhead casing | |
| RU2667038C1 (en) | Feedwell of thermal insulation and method of its manufacture | |
| JP6317729B2 (en) | Chemical oxygen generator with parallel arranged chemical cores | |
| US3747532A (en) | Process for the manufacture of combustible cases for fuel charges or explosive charges | |
| US7581499B2 (en) | Insulated cartridge case and ammunition, method for manufacturing such cases and ammunition, and use of such cases and ammunition in various different weapon systems | |
| CN105806166A (en) | Combustible glue used for destroying unexploded ordnance and preparation method and application thereof | |
| JP6835945B2 (en) | Sabo with a bionic structure | |
| US3696748A (en) | Means for improving burnout of consumable cartridge cases | |
| GB2266944A (en) | Flare arrangements | |
| RU2310588C1 (en) | Active heat-protective coat for flying vehicle for protection against action of solid heat sources and high-velocity kinetic strikers | |
| RU2622181C1 (en) | Thermal protection of unsealed compartments of aircraft powerplant | |
| Wang et al. | Initiation behavior of covered explosive subjected to reactive fragment | |
| US7913608B1 (en) | Weapon with IM-characteristics | |
| RU2421627C1 (en) | Rear cone | |
| RU2760670C1 (en) | Thermal insulation coating and method for its manufacture | |
| US11784323B2 (en) | Exothermic-based composite structures | |
| RU2560230C2 (en) | Strengthened cartridge /versions/ and method of its fabrication | |
| RU2511562C2 (en) | Spray generator | |
| US1819090A (en) | Gas containing projectile or long range tear gas shell | |
| RU2724872C2 (en) | Armoured tubular charge | |
| RU2700150C1 (en) | Method for minimization of exclusion zones for carrier rocket separating parts and device for its implementation | |
| RU2765373C2 (en) | Method for heat protection of a fire bulkhead and fire-protective composition for coating planar structures | |
| RU2553615C1 (en) | Explosive device | |
| EP3816143B1 (en) | Pyrophoric pellets that emit infrared radiation | |
| RU2692207C1 (en) | Method of minimizing exclusion zones for carrier rocket detachable parts |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191121 |