Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАРЯДА СМЕСЕВОГО РАКЕТНОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

Предлагаемое изобретение относится к области изготовления зарядов ракетного двигателя из смесевого ракетного твердого топлива (СРТТ), а конкретно - к способу отверждения заряда с контролем механических свойств отверждаемого топлива. Способ может быть применен при проектировании и разработке технологических процессов изготовления изделий из термореактивных полимерных материалов.

Развитие ракетной техники выдвигает все более высокие требования к способу изготовления заряда в части повышения эффективности производства за счет снижения энергозатрат и сокращения производственного цикла.

Анализом патентной литературы установлено, что известен способ экструзии для получения смесевого ракетного топлива (патент США 4776993, МКИ С 06 В 21/00), предусматривающий перемешивание топливной массы в течение 60-120 мин, отверждения до твердости 40-70 единиц по Шору, экструдирование при температуре менее 49^oС и окончательное отверждение топлива; способ изготовления твердого топлива экструзией с последующим его отверждением (патент США 4650617, кл. С 06 В 21/00).

Известен также способ отверждения заряда прочноскрепленного с корпусом двигателя при температуре 40-50^oС в течение 2-3 недель под давлением инертного газа, превышающего атмосферное, но не превышающего 1/4 рабочего давления заряда (патент Франции 2116934, кл. С 06 В 21/00), взятый авторами за прототип.

Общим недостатком этих способов является отсутствие достоверной информации об окончании процесса отверждения заряда. Поэтому в случае снятия заряда с отверждения раньше необходимого времени из-за низких механических свойств топлива нарушается целостность заряда при разборке технологической оснастки. Операция становится опасной. В случае пребывания заряда на фазе отверждения после полного его отверждения неоправданно удлиняется производственный цикл, увеличиваются материальные затраты.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа изготовления заряда СРТТ, обеспечивающего контроль степени отверждения заряда в процессе отверждения и тем самым безопасность процесса и сокращение производственного цикла изготовления заряда.

Технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления заряда СРТТ, включающем дозирование компонентов, перемешивание их для получения топливной массы, формование и отверждение заряда, в процессе формования заряда отбирают топливную массу, формуют из нее контрольный образец в изложнице с измерительным стержнем, контрольный образец термостатируют при температуре на 10-20^oC выше температуры отверждения заряда и проводят отверждение, периодически при отверждении в фиксированные моменты времени проворачивают измерительный стержень на угол в пределах упругости контрольного образца, создавая деформацию сдвига в контрольном образце, измеряют модуль сдвига топлива до установления постоянного значения, для получения значения времени завершения процесса отверждения топлива на контрольном образце по полученным данным рассчитывают коэффициенты степени отверждения β, соответствующие моментам поворачивания стержня из зависимости где G₀ - начальное значение модуля сдвига, G - текущее значение модуля сдвига, G_∞ - постоянное значение модуля сдвига, по полученному времени завершения процесса отверждения топлива на контрольном образце определяют время отверждения заряда и отверждение заряда ведут до достижения коэффициента степени отверждения 0,85÷1,0.

Продолжительность отверждения заряда обратно пропорциональна температуре. Чем выше температура, тем меньше время отверждения. Следовательно, термостатируя контрольный образец при температуре на 10-20^oС выше температуры отверждения заряда, обеспечивается получение информации об окончании процесса отверждения топлива на контрольном образце значительно раньше по времени, чем на заряде. Это позволяет, используя температурный коэффициент трансформации κ (см. фиг. 1), перенести информацию о завершении процесса отверждения топлива с контрольного образца на заряд и своевременно снять его с отверждения. Например, заряд отверждается при температуре 70^oС, контрольный образец при 80^oС. На фиг.1 видно, что продолжительность отверждения заряда при этой температуре должна быть в два раза больше, чем продолжительность отверждения контрольного образца.

Для получения информации о ходе и завершении процесса отверждения контрольный образец формуют в изложницу с измерительным стержнем и периодически проворачивают измерительный стержень, создавая деформацию сдвига в образце, измеряют модуль сдвига. Характер изменения модуля сдвига в процессе отверждения показан на фиг. 2. По мере отверждения топлива увеличивается плотность сшивки полимерной сетки, модуль сдвига возрастает. Замер модуля сдвига повторяют периодически, например, через 3-6 часов при заданной температуре до получения постоянных значений. Достижение постоянства значений модуля сдвига свидетельствует о завершении процесса отверждения.

Модуль сдвига в предлагаемом способе замеряют путем поворота стержня, помещенного в образец топлива на угол 1-2^o. Угол поворота выбран с таким расчетом, чтобы деформация образца происходила в области, не превышающей предел упругости отверждаемого топлива. Если деформация образца выше предела упругости, происходит нарушение целостности топлива, что приводит к искажению результатов испытания.

Примеры конкретного исполнения способа приведены в таблице. В таблице приняты следующие обозначения:
t₁, t₂ - температура отверждения (термостатирования) контрольного образца в изложнице и температура отверждения заряда, ^oС соответственно;
τ₁ - время завершения процесса отверждения контрольного образца топлива в изложнице, час; определяется из фиг.2 по достижению постоянных значений модуля сдвига;
τ₂ - время отверждения заряда, час; определяется с учетом температурного коэффициента трансформации, взятого из фиг.1, по формуле
τ₃ - фактическое время отверждения заряда, час; определяется с учетом заданного коэффициента степени отверждения β;
β - коэффициент степени отверждения заряда;
σ - прочность топлива, кгс/см².

Из анализа данных таблицы следует, что удалось выбрать такие режимы и последовательность выполнения способа, которые позволяют достичь поставленной технической задачи - обеспечить контроль степени отверждения заряда в процессе отверждения, безопасную разборку технологической оснастки и сокращение производственного цикла изготовления заряда (примеры 1-4). Отверждение заряда до коэффициента степени отверждения менее 0,85 (примеры 5, 6) не обеспечивает безопасную разборку технологической оснастки из-за низкой прочности топлива. Поскольку при прочности топлива менее 2,0 кгс/см² нарушается целостность заряда при разборке технологической оснастки. Пребывание заряда на фазе отверждения после полного отверждения (примеры 7, 8) приводит к удлинению производственного цикла и к увеличению материальных затрат.

Предлагаемый способ изготовления заряда СРТТ проверен с положительными результатами в условиях ФГУП "Пермский завод им. С.М.Кирова". Способ обеспечивает контроль степени отверждения заряда в процесс отверкдения, безопасность процесса разборки технологической оснастки и сокращает производственный цикл изготовления зарядов.