Изготовление сопловых раструбов и насадков

Для изготовления выходных раструбов рдхх широко используют УУКМ. Каркасы раструбов в основном произ­водят в соответствии со следующими технологиями: ткане-выкладочная прошивка, намоточная и технология ткачест­ва (табл. 6.10). Тканевыкладочная прошивная технология и применяемое оборудование были рассмотрены в гл. 3. Для намотки раструбов используют универсальное намо­точное оборудование и те же процессы, что и для намотки корпусов двигателей. Аналогичные процессы применяют и для изготовления сопловых насадков жидкостных ракетных двигателей.

6. ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ КОМПОЗИТОВ

Таблица 6.10

УУКМ для изготовления раструбов РДТТ

Конструкция соплового насадка ЖРД, изготавливаемая из УУКМ, представлена на рис. 6.17, а структурная схема техно­логического процесса его изготовления — на рис. 6.18.

Намотка — один из самых совершенных процессов изго­товления высокопрочных армированных оболочек, позво­ляющий получать оболочки вращения сложной формы и реализовывать с высокой точностью большое количество схем армирования.

 

446

447

6.2. Технология изготовления конструкций сопла

6. ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ КОМПОЗИТОВ

 

Рис. 6.17.Конструктивная схема насадка

При намотке изделий конической формы ткаными лентами из волокнистых материалов слои армирующего материала рас­полагаются не только параллельно образующей, но также па-раллельно и под различными углами к оси изделия.

Технологический процесс спиральной намотки "сухим" способом для рассматриваемого случая заключается в следую­щем. Волокнистый армирующий материал перед формованием предварительно пропитывают связующим (в данном случае бакелитовым лаком ЛБС-2) на пропиточных машинах, которые обеспечивают качественную пропитку и требуемое равномер­ное содержание связующего в препреге за счет регулирования вязкости связующего в процессе пропитки.

Насадок выполняют способом двухзаходной намотки, со­гласно которому одновременно укладываются два слоя ленты. Контактное давление формования создается путем натяжения армирующего волокнистого материала.

С целью получения оптимальной геометрии намотки ис­пользуют метод зонной намотки на универсальном намоточном станке. После завершения процесса намотки оболочку по внешней поверхности утягивают фторопластовой лентой. От­верждение углепластика является частью технологического

Рис. 6.18.Структурная схема технологического процесса изготовления насадка

 

448

29-243

449

29*

6.2. Технология изготовления конструкций сопла

процесса, который должен обеспечить заданные требования по физико-механическим характеристикам.

Задавая закон изменения температуры отверждения в про­цессе нагрева и охлаждения, необходимо учитывать конкретные условия, вытекающие из разнородности коэффициентов ли нейного термического расширения материалов изделия, ее гео­метрии, теплопроводности применяемой формообразующей оснастки, типа применяемого связующего, интенсивности теп-лопритока нагревательных устройств. Вместе с тем, технологи­ческие режимы отверждения должны обеспечивать бездефект­ную структуру материала и конструкции с наименьшими за­тратами энергетических ресурсов. Необходимо также, чтобы температура отверждения обеспечивала оптимальные характе ристики всех материалов и по всей толщине изделия.

С учетом вышесказанного применяют следующий режим отверждения оболочки. Изделие помещают в газостат. После проверки его работоспособности поднимают давление до зна­чения 400 кПа в течение 1 ч при температуре до 120 °С. При этих параметрах изделие выдерживают еще 1 ч. Происходит предварительное отверждение, после чего давление доводят до значения 650 кПа, а температуру до 160 °С, и изделие выдер­живают еще 2 ч. Установку отключают. После остывания до нормальной температуры изделие извлекают из установки, сни­мают с оправки и подвергают термической обработке.

Режим термической обработки осуществляется за несколько этапов: подъем температуры до 100 °С со скоростью 100 °С/ч, выдержка при этой температуре 2 ч; до 250 °С со скоростью 20 °С/ч, выдержка — 2 ч; до 400 °С со скоростью 20 °С/ч, выдержка — 4 ч; до 600 °С со скоростью 50 °С/ч, выдержка -2 ч; подъем температуры до 1000 °С со скоростью 200 °С/ч.

Затем отключают нагрев установки путем плавного сниже­ния напряжения с последующим отключением питания уста­новки. Охлаждают печь с изделием до температуры 40 °С со скоростью естественного охлаждения, и после этого изделие извлекают из печи при включенной вытяжной вентиляции.

Изотермический процесс насыщения оболочки насадка пи-роуглеродом заключается в следующем. Оснастку подготавли­вают для насыщения каркаса и устанавливают нагреватель. Конические заготовки-каркасы устанавливают по обеим сто-

450

6. ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ КОМПОЗИТОВ

ронам нагревателя до взаимного упора торцами. Наносят раз­делительный слой из целлофана и бумаги на внутреннюю по­лость заготовок. Вырезанными из угольной ткани лентами за­полняют внутренние полости заготовок путем обмотки нагре­вателя. Установкой переходников на нагреватель обеспечивают соосность каркаса относительно стержня нагревателя. Просвер­ливают в каркасе под термопару отверстие диаметром 10 мм (см. гл. 3).

Далее нагреватель помещают в печь, в которую подают газ (пропан, метан и др.).

При температуре 1000 °С и положении индикатора термо­пары на отметке "0" по шкалам перемещения термопары на­чинают отсчитывать время насыщения. В процессе изотерми­ческого насыщения углеродный каркас нагревается за счет излучения углеродного кожуха-сердечника индукционной печи. Газообразный углеводород вводят во внутреннюю полость формуемого тела и он заполняет кожух, насыщая при этом нагретый каркас. Для измерения температуры в зонах охлаж­дения углерода устанавливают скорость перемещения термопа­ры 0,25 мм/ч. Перемещение термопары корректируют так, чтобы за 8 ч процесса перемещение термопары равнялось 2 мм.

Длительность процесса насыщения составляет 72 ч при температуре не выше 1100 °С. После этого отключают нагрев установки путем плавного снижения напряжения, подаваемого на нагреватель, с последующим отключением питания установ­ки. Заготовку охлаждают в печи в газовой среде до темпера­туры 40 °С со скоростью естественного охлаждения печи. От­ключают вакуумный насос, подают воздух, осуществляют пол­ное отключение установки, открывают камеру и извлекают готовое изделие.

Следует отметить, что изотермический процесс приводит к равномерному осаждению углерода на волокнистой поверхнос­ти. Получаемая в процессе насыщения плотность УУКМ равна 1,4 г/см². По завершении цикла процесса насыщения на изде­лии образуется поверхностная корка, которую удаляют меха­ническим путем.

С целью противоокислительной защиты используют покры­тие на основе карбида кремния, удовлетворительно работающее в диапазоне температур 1000... 1400 °С.

451

6.2. Технология изготовления конструкций сопла

Вместе с изделием данный технологический процесс про­ходят контрольные образцы.

"Кровельная" намотка теплозащиты соплового раструба

Способ "кровельной" намотки используют для нанесения жестких ТЗМ. При этом ТЗП формируют отдельно от защи­щаемой конструкции, а намотку соплового раструба ведут на технологическую оправку-имитатор поверхности изделия. Схема ориентирования волокон в таких ТЗМоптимизирована по минимуму эрозионного уноса массы материала покрытия и минимуму теплопроводности в сторону стенки раструба. Вы­сокоскоростные и высокотемпературные потоки газообразных продуктов сгорания твердого топлива, содержащие конденси­рованную фазу и истекающие в расширяющуюся часть сопла, вызывают интенсивный унос массы ТЗМ, волокна в котором расположены параллельно защищаемой стенке конструкции. При этом унос углепластика будет существенно больше уноса стеклопластика вследствие их теплофизических и физико-ме ханических свойств. Если же волокна расположены перпенди­кулярно защищаемой поверхности, то унос массы будет мини мальным.

Подача ленты

Рис. 6.19. Схемы "кровельной" намотки абляци­онного покрытия на технологическую оправку: 1 — конструктивная или технологическая оправка для намотки; 2 — цапфы крепления оправки; 3 — наматываемое покрытие

Вместе с тем теплопроводность при такой схеме укладки волокон, особенно углеродных, будет максимальной. Приве денные на рис. 6.19 углы укладки тканой ленты из углеродных

6. ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ КОМПОЗИТОВ

волокон приняты как результат рассмотренного компромисса, а также с учетом сдвиговых характеристик в КМ и технологич­ности такой намотанной конструкции. Схему укладки слоев материала при такой намотке называют "рыбья чешуя", а саму технологию намотки — "кровельной", обеспечивающей распо­ложение слоев с нахлестом по направлению движения набега­ющего потока газов. При формировании покрытия на поверх­ности защищаемой конструкции процесс намотки начинают с малого диаметра оправки, задавая требуемый угол укладки ленты и располагая плоскость ленты параллельно оси изделия. Такая схема намотки позволяет осуществить сильное натяже­ние лент при намотке и не только обойтись без технологичес­ких роликов, но и получить более плотную структуру материала покрытия, чем в случае намотки на маложесткую конструкцию изделия. Кроме того, структура намотанного покрытия может быть улучшена, если намотку вести не на цельнометаллическую технологическую, а на разжимную оправку, размеры которой будут изменены в процессе отверждения материала покрытия. Увеличение контактных давлений формования материала бла­гоприятно скажется на улучшении свойств последнего. По окончании процесса отверждения материала отформованную оболочку покрытия снимают с оправки, механически обраба­тывают и вклеивают в защищаемую конструкцию.

Схема "кровельной" намотки ориентирована на примене­ние препрегов в виде лент, задающих волокнистую структуру покрытия. При этом однонаправленные ленты можно исполь­зовать при их возможно меньшей ширине, согласованной с кривизной наматываемой поверхности так, чтобы не вызвать недопустимых складок и нарушений текстуры материала из-за разной длины пути укладки обеих кромок одной ленты на профилированной оправке. Для некоторого снижения остроты проявления этого фактора применяют подогрев препрега и используют в препреге нити, например, из лавсановых волокон с удлинением до 7 % вместо стеклянных, углеродных и асбес­товых, у которых удлинение только 2...3 %. При нанесении покрытий из асбо-, стекло- и углепластиков наиболее часто используют тканые ленты шириной 15...80 мм. Ткани сатино­вого плетения характеризуются большей гибкостью и высокими формующими свойствами, позволяющими обматывать оболоч-

 

452

453

6.2. Технология изготовления конструкций сопла

ки большей крутизны. В отличие от них ткани полотняного плетения можно использовать на оболочках малой кривизны, в этом случае натяжение при намотке должно быть более сильным.

Свойство формуемости тканых лент при рассматриваемой схеме намотки может быть улучшено, если одну из кромок ленты еще до начала намотки снабдить насечками, надрезами, выреза­ми, увеличивающими способность к деформации лент до 20...30 %. Созданы и специальные ткани, легко деформирующие­ся по профилю оправки. Структура таких тканей имеет по ширине две зоны: одну обычной текстуры с удлинением 2...3 %, а другую — с текстурой повышенной деформативности (30 %).

Технологические параметры укладки ТЗМ по схеме "кро­вельной" намотки следующие: скорость намотки равна 2,5... 15,0 м/мин, натяжение лент 5... 10 Н/см от ширины и не превышает 20 % от разрывной нагрузки на ленту. Шаг намотки в зависимости от ширины используемой ленты составит 2,0...3,5 мм/об.

---

Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 1171; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!