4.2. Анализ условий работы конструкции РДТТ

4. 2. Анализ условий работы конструкции РДТТ

4. 2. 1. Анализ внутрибаллистических условий

Важнейшей характеристикой ТРТ, определяющей характер внутрикамерных процессов, является скорость горения. При номинальном давлении она должна быть достаточной для достижения необходимых характеристик двигательной установки. В данном случае от РДТТ тре­буеться большая тяга в течение короткого времени при высоких пере­грузках. Последнее обстоятельство не позволяет по соображениям прочности применить многошашечный заряд с развитой поверхностью горения. Приемле­мым решением является применение скрепленного с корпусом заряда, но в этом случае повышенная скорость горения должна обеспечивать необходимое газообразование при ограниченной поверхности горения. Иногда необходима относительно малая скорость горения для достижения длительного времени ра­боты Для выполнения сложной программы полета в одном двигателе возможно размещение зарядов ТРТ с разной скоростью горения, например, в двигателях со ступенчатым изменением тяги: для короткого старта с большой тягой и дли­тельного полета с пониженной тягой.

Топливо должно обеспечивать устойчивое и равномерное горение в усло­виях требуемых давлений в камере сгорания, в том числе и сравнительно невы­соких.

Весьма важной характеристикой является величина разброса скорости го­рения для одного состава или одной партии топлива, т. е. хорошая воспроизво­димость характеристик топлива.

4. 2. 2. Анализ полета КЛА в космосе

«Восход» — советский космический корабль для полётов на околоземной орбите.

Для движения по орбите вокруг Земли аппарат должен иметь начальную скорость, равную или немного большую первой космической скорости. Полёты выполняются на высотах до нескольких сотен тысяч километров. Нижнюю границу высоты полёта обуславливает необходимость избежать процесса быстрого торможения в атмосфере. Период обращения спутника по орбите в зависимости от средней высоты полёта может составлять от полутора часов до нескольких суток.

4. 3. Выбор материалов

4. 3. 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.

4. 3. 1. 1. Высокопрочные стали

Высокопрочными сталями принято считать стали с пределом прочности после всех видов упрочнения (закалки, наклепа)  > 1, 5 ГПа. Такой уровень прочности до­стигается на высокоуглеродистых среднелегированных сталях и мартенснтностареющих (коррозионно-стойких) сталях.

Основным недостатком высокопрочных сталей является повы­шенная чувствительность к концентраторам напряжений.

Для уменьшения чувствительности высокопрочных сталей к концентраторам применяются следующие способы их произ­водства: вакуумно-дуговая выплавка; обработка металлов синте­тическими шлаками в ковше; электрошлаковый переплав; элек­тронно-лучевой переплав. Эти способы рафинирования сталей позволяют снизить содержание газов и вредных примесей серы и фосфора в металле.

Сочетание высоких прочностных свойств сталей при удовлетворительной пластичности и вязкости обеспечивается комплексным легированием элемен­тами, упрочняющими феррит и повы­шающими прокаливаемость стали, при увеличении сопротивляемости хруп­кому разрушению.

4. 3. 1. 2. Волокнистые композиционные материалы

Прогресс авиакосмической техники за последние годы привел к значительному улучшению важнейших парамет­ров ЛА, в том числе к уменьшению пассивной массы РДТТ.

Основные свойства бороволокна следующие:

· Плотность, г/см³ … 2, 6

· Предел прочности, ГПа … 3, 5

· Температура плавления, °С … 2050

· Модуль упругости, ГПа … 420

Главный интерес представляет удельная жесткость бороволокна, более чем в 5 раз превышающая удельную жесткость стеклово­локна и более чем в 6 раз — высокопрочных сталей, титановых и алюминиевых сплавов.

Наибольшее распространение получили боропластики на эпок­сидных связующих. Основные свойства боропластиков следующие:

· Предел прочности, ГПа … 1, 75

· Модуль упругости, ГПа … 220

Углерод в массивном объеме также хрупок и в несущих кон­струкциях не применим.

Высокопрочные (  = 2, 1... 2, 45 ГПа, Е = 250... 280 ГПа) или высокомодульные ( = 1, 4... 1, 75 ГПа, Е = 380 ГПа) углеродные волокна используются для изготовления следующих полуфабрикатов: рубленого волокна, штапельной ткани, пред­варительно пропитанной ткани и непрерывной ровницы. Основ­ные свойства высокомодульных волокон:

· Плотность, г/см³ 1, 7-1, 8

· Предел прочности, ГПа … 2, 4-3, 1

· Модуль упругости, ГПа … 300

Углепластики изготавливаются преимущественно с приме­нением эпоксидных связующих. Основные свойства эпоксидных углепластиков:

· Плотность, г/см³ 1, 5-1, 6

· Предел прочности, ГПа … 1, 6-1, 3

· Модуль упругости, ГПа … 130-190

Кроме высокой удельной жесткости высокомодульные угле­пластики обладают высокой статической выносливостью. Угле­пластики обладают более высокой, чем у металлов, демпфирую­щей способностью и вибропрочностью. Высокая теплопроводность углеродных волокон снижает саморазогрев материала. Природа углеродных волокон обеспечивает углепластикам незначительный или даже отрица­тельный коэффициент термического расширения. Особенно перспективно применение углепластиков в конструкциях, работающих на устойчивость под воздей­ствием внешнего, избыточного давления, изгибающего момента и осевого сжатия. Разработаны также композиции углерод—угле­род, в которых в качестве связующих для углеродных волокон применяют углеродные графитизированные матрицы. Такие ма­териалы обладают высокими теплозащитными свойствами, хими­ческой инертностью, сохраняют прочностные характеристики до весьма высоких температур и имеют следующие свойства:

· Плотность, г/см³ … 1, 46

· Предел прочности при температуре 20 °С, ГПа … 28, 1

· Предел прочности при температуре 2500 °С, ГПа … 27, 4

Представляется целесообразным применение композиций угле­род — углерод для изготовления сверхзвуковых раструбов сопл РДТТ.

Органические волокна. Значительные достижения химии позво­лили создать весьма перспективные высокопрочные высокомо­дульные полимерные волокна со следующими свойствами:

· Плотность, г/см³ … 4, 7

· Редел прочности, МПа … 800

· Предел прочности при температуре 1000 °С, МПа … 200

· Модуль упругости, ГПа … 266

По удельной прочности органическое волокно конкурирует со стекловолокном. Однако сравнительно низкая прочность на сжатие и высокая ползучесть ограничивает широкое применение органопластов. Органопласты в настоящее время применяются на самолетах и вертолетах на обшивках закрылков, стабилизаторов, пилонов, обтекателей и на корпусах РДТТ.

Представляют интерес волокнистые композиционные мате­риалы, полученные сочетанием в одной композиции высокомо­дульных органических (полимерных) волокон с углеродными. В таких композициях полимерные наполнители повышают эластичность, ударную прочность и снижают плотность, а углеродные волокна повышают прочность и жесткость.

Механические свойства композиционного материала в изделии обуславливаются схемой расположения волокна и могут созна­тельно меняться изготовителем изделия, т. е. конструкции могут изготавливаться с регулируемой анизотропией материала. Таким образом, при разработке конструкций из волокнистых компози­ционных материалов, получаемых методом намотки, проектиро­вание требует одновременного охвата вопросов не только назна­чения геометрических размеров конструкции, но и назначения внутренней структуры материала — числа и порядка чередования слоев, углов ориентации, вида армирующих нитей и их относи­тельное содержание в объеме композиции. Это со своей стороны требует обеспечения соответствия формы конструкции возможно­стям композиционных материалов и технологическим возможнос­тям реализации конструкции методом непрерывной намотки.

 

Таблица 4. 1

Материал	Плотность, г/см3	Предел прочности, ГПа	Модуль упругости, ГПа	Удельная прочность, МДж/кг	Удельная жесткость, МДж/кг	Предельное относительное удлинение, %	Температура начала предела прочности, °С
Стеклопластик	2, 07	1, 0-1, 1	39, 2	47, 2		2, 5
Боропластик	2, 06	0, 88		42, 7		0, 75
Углепластик	1, 54	0, 55		35, 7		0, 5
Органопластик	1, 35	0, 78	42, 17	57, 8		2, 1

Корпус РДТТ, рассматриваемый в данном курсовом проекте, выполняется продольно-поперечной намоткой из углепластика.

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: