УДК 621.454.3(075.8)

ТВЕРДОТОПЛИВНЫЕ

РАКЕТНЫЕ

ДВИГАТЕЛИ

МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ

Допущено Министерством образования Украины как учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям «Летательные аппараты», «Энергетические установки космических летательных аппаратов», «Системы управления летательными аппаратами и комплексами», «Ракетные космические аппараты»

Дніпропетровськ

Видавництво

Дніпропетровського університету

ББК 39.651.12^Я73

Т 26

УДК 621.454.3(075.8)

Рецензенты:

д-р. техн. наук, проф. А. А. Рябовол

(Укр. НИИ технологии машиностроения);

д-р. техн. наук, проф. В. Е. Гайдачук (Харьковский авиационный институт)

В учебнике изложены современные представления о работе твердотопливных ракетных двигателей применительно к работоспособности материалов и конструк­ций в экстремальных условиях высоких температур и скоростей газовых потоков.

Широко представлены сведения о композиционных и тугоплавких мате­риалах, технологиях создания на их основе конструкций, которые существенно отличаются от традиционных металлических.

Учебник предназначен для студентов, обучающихся по специальностям «Летательные аппараты», «Энергетические установки космических летательных аппаратов», «Системы управления летательными аппаратами и комплексами», «Ракетные космические аппараты». Может быть полезен также аспирантам, инже­нерам, работающим в области новых материалов и технологий.

Ф. П. Санін, Л.Д.Кучма, Є.О. Джур, А.Ф. Санін.

Т 26 Твердопаливні ракетні двигуни. Матеріали і технології:

Підручник.–Дніпропетровськ: Вид-во Дніпропетр. ун-ту, 1999. - 320 с. (Рос. мовою)

ISBN 966–551–035–5

У підручнику викладені сучасні уявлення про роботу твердопаливних ра­кетних двигунів відповідно до працездатності матеріалів і конструкцій за екстре­мальних умов високих температур і швидкостей газових потоків.

Широко представлені відомості щодо композиційних і тугоплавких матері­алів, технології створення на їхній основі конструкцій, які суттєво відрізняються від традиційних металевих.

Підручник призначено для студентів, що навчаються за спеціальностями «Літальні апарати», «Енергетичні установки космічних літальних апаратів», «Системи керування літальними апаратами і комплексами», «Ракетні космічні апарати». Може бути корисним також аспірантам, інженерам, що працюють в галузі нових матеріалів і технологій.

Замовне ББК 39.651.12^Я73

ISBN 966–551–035–5 ©Санин Ф.П., Кучма Л.Д., Джур Е.А., Санин А.Ф., 1999 ©Видавництво Дніпропетровського університету, 1999

ВВЕДЕНИЕ

Твердотопливные реактивные двигатели (РДТТ) появились в Китае одновременно с изобретением пороха, а затем в Европе. Есть сведения о том, что еще запорожские казаки в 1516 году впервые применили реак­тивные снаряды в битве с турками. Значительно позже начали использо­вать реактивные снаряды на более высоком уровне. Всему миру извест­ны знаменитые «катюши», которые наводили страх на врага во Второй мировой войне. Но твердотопливные маршевые двигатели для зенитных ракет, а тем более для стратегических ракет, стали разрабатываться срав­нительно недавно.

Кажущаяся простота самой идеи твердотопливного двигателя в конечном итоге воплощается в сложной конструкции и технологии. Ведь температура горения современных смесевых топлив доходит до 3 800 К, и, конечно, ни один традиционный материал не сможет работать в таких условиях; особенно это касается соплового блока двигателя. Если учесть, что конструкция должна быть сравнительно легкой, проектантам и тех­нологам приходится буквально изощряться, чтобы удовлетворить этим требованиям.

Так как условия теплообмена при работе РДТТ нестационарны, а расчетные температуры на рабочих поверхностях выходят за все разум­ные пределы, в книге рассматриваются особенности охлаждения матери­алов за счет абляции. Приведены понятия эффективной энтальпии, тер­мостойкости, жаростойкости и жаропрочности, транспирационного ох­лаждения, что, к сожалению, при рассмотрении в учебных курсах соб­ственно твердотопливных двигателей отсутствует.

Учитывая, что работа любого теплозащитного покрытия сводится к работе углеродного остатка, в книге достаточно подробно рассматри­ваются углеродные материалы.

Современный твердотопливный двигатель - это комплекс нетра­диционных конструкторских, технологических и материаловедческих решений. Практически двигатель на 80 % состоит из композиционных материалов (КМ), поэтому им уделено особое внимание. Это и поли­мерные материалы, и материалы с металлической матрицей, которые найдут широкое применение в 21 веке. Композиционные материалы рассматриваются применительно к конкретной детали или узлу для од­ного из гипотетических двигателей, близкого к реальному.

Особое внимание обращается на работоспособность конструкции, ее прочностные и массовые характеристики, удельную прочность ма­териалов.

Рассматриваются нетрадиционные тугоплавкие соединения, кроме ок­сидов, которые освещены достаточно полно в литературе по огнеупорам, керамике и т. п. По этой же причине совсем не рассматриваются стали, хотя некоторые «ракетные» и близкие к ним металлы кратко освещены.

Считая, что будущее принадлежит порошковым технологиям и ком­бинированным материалам из тугоплавких соединений и металлов, ав­торы приводят небольшой раздел по этому направлению.

Конечно, книга не претендует на полноту изложения всех аспектов технологий твердотопливных двигателей и ограничивается рамками учебного курса, который определяется часами, отведенными по учебно­му плану, и несколько ограничен во времени. Мы не рассматриваем сбор­ку, клеевые соединения, относящиеся в какой-то степени тоже к сборке, неразрушающие методы контроля, которым посвящена специальная ли­тература, технологические испытания, механическую обработку, хотя обо всем этом немного вспоминаем.

Надеемся, что предлагаемая книга представит интерес и как учеб­ник, и как пособие для инженеров-технологов.

Дата добавления: 2015-07-16