Лекции по основам РДТТ, страница 12

Углерод в массивном объёме также хрупок и в несущих конструкциях не применим. Углеродное волокно получают из вискозных или полиакрилвиниловых волокон пиролизом при температуре1600…3000 С в процессе которого даётся определенная вытяжка. В зависимости от температуры и степени вытяжки получают высокопрочные или высокомодульные углеродные волокна.

Углепластики изготовляются с применением эпоксидных или фенольных связующих

Углепластики применяют в конструкциях, работающих на устойчивость под воздействием внешнего избыточного давления, изгибающего момента и осевого сжатия.

Очень перспективна композиция “углерод-углерод”, в которой в качестве связующих для углеродных волокон применяют углеродные графитизированные матрицы. Для получения композиции “углерод-углерод” вначале связывают углеродное волокно фенольной смолой с последующим отверждением под давлением.Затем полученный углепластик подвергают нагреву в контролируемой атмосфере (карбонизация). Получающаяся после этого пористая матрица подвергается донасыщению углеродом (осаждением углерода из паров, например ). В результате образуется композиция с плотностью 1600 и прочность не менее 0,7 ГПа. Композиция “углерод-углерод” рекомендуется для изготовления сверхзвуковых раструбов сопел РДТТ и в некоторых случаях – сопловых вкладышей.

Кремний, так же как В и С, в массивных объёмах не пригоден как конструкционный материал, но волокно по удельной прочности превосходит все известные конструкционные материалы .

Стекловолокно получается выдавливанием расплавленной стекломассы через фильтры диаметром от 0,8 до 3,2 мм и быстрым вытягиванием со скоростью до 3800 на входе из фильтра до диаметра 19…35 мкм. Обычный диаметр волокна 6…9 мкм.

Для силовых оболочек используют стекловолокно, полученное из алюмоборосиликатного состава, имеющего легированные присадки. Для теплозащитных (аблирующих) композиционных материалов используются кремнезёмные и кварцевые волокна, не снижающих своих свойств до 1200 С.

Высокомодульные полимерные органические волокна стойки к воздействию химических веществ, обладают на 20…30% большей, чем стекловолокно сопротивляемостью к поверхностным повреждениям, хорошими электро- и теплоизоляционными свойствами.

Органопластики в настоящее время применяются для изготовления корпусов РДТТ.

Механические свойства материала в изделии обуславливаются схемой расположения волокна и могут сознательно меняться изготовителем изделия, т.е. конструкции могут изч готавливаться с регулируемой анизотропией материала.

Метод непрерывной намотки позволяет получать оболочки вращения сложной формы (корпуса камер РДТТ, раструбов сопел, каркасы воспламенителей и т.д.).

Процесс изготовления конструкций методом непрерывной намотки складывается из следующих составляющих процессов: лента (ровница), составленная из однонаправленных нитей (12,60 или 120 пряж в ровнице, пряжа состоит из непрерывных элементарных волокон ~ 200 шт.) пропитывается связующим, подаётся на вращающуюся оправку и укладывают по геодезическим линиям или с незначительным отклонением от них.

В зависимости от характера нагружения оболочки и её геометрии намотка может производиться под любым углом (от1 до ) к оси вращения оправки. Слои лент, намотанные по окружности (под углом к оси оправки) воспринимают только окружные (тангенциальные) напряжения. Для восприятия осевых нагрузок, необходимо между окружными слоями проложить продольные слои.

Таблица.

Выбор конструкционных материалов определяется основными нагрузками, действующими на конструкцию.

Для корпусов РДТТ, работающих кратковременно без длительного нагрева, наиболее эффективно применение органопластиков и стеклопластиков. Однако, при диаметрах корпусов < 200 мм органо- и стеклопластики могут быть менее выгодны по сравнению с высокопрочными металлами из-за уменьшения внутреннего диаметра камеры двигателя и большей, чем у металлов толщины стенки при одинаковой прочности. При малых диаметрах и больших удлинениях органо- и стеклопластики могут быть вообще не приемлемы из-за значительно больших, чем у металлических корпусов, изгибных деформаций, недопустимых для ракет.

Выбору материала должна предшествовать сравнительная оценка напряжённо-деформированного состояния вариантов конструкции из различных материалов. После этого должен быть проведён технико-экономический анализ с учётом влияния факторов нетолько изделия, но и системы в целом.