Технологии тепловой защиты ракетных двигателей твёрдого топлива

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В статье анализируются теплоизолирующие свойства материалов, которые используются в ракетных двигателях твёрдого топлива, производимых в США, Франции, Италии, Японии и других развитых странах. Внутренние поверхности камер сгорания ракетных двигателей подвержены наибольшему напряжению с точки зрения условий термомеханического нагружения и требуют особой защиты. Авторы выделяют четыре класса армированных эластомерных материалов, наиболее полно удовлетворяющих предъявляемым высоким требованиям. Благодаря многообразию выполняемых функций такие материалы могут служить универсальными теплоизоляторами, готовыми к использованию в различных высокотемпературных и агрессивных средах.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Вадим Всеволодович Миронов

Государственный научный центр Российской Федерации “Исследовательский центр имени М.В. Келдыша”

Автор, ответственный за переписку.
Email: kerc@elnet.msk.ru

доктор технических наук, заместитель генерального директора по средствам выведения, начальник отделения

Россия, Москва

Михаил Александрович Толкач

Государственный научный центр Российской Федерации “Исследовательский центр имени М.В. Келдыша”

Email: tolkach@kerc.msk.ru

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

Россия, Москва

Алексей Георгиевич Тимаров

Государственный научный центр Российской Федерации “Исследовательский центр имени М.В. Келдыша”; Московский авиационный институт (научно-исследовательский университет)

Email: Timarov@kerc.msk.ru

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, доцент

Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Maurizio N., Kenny J.M., Torre L. Science and technology of polymeric ablative materials for thermal protection systems and propulsion devices: A review // Progress in Materials Science. 2016, vol. 84, pp. 192–275. http://dx.doi.org/10.1016/j.pmatsci.2016.08.003
  2. Sutton P., Biblarz O. Rocket propulsion elements. Wiley-IEEE, 2000, pp. 268–340. https://www.academia.edu/4465796/Rocket_Propulsion_Elements_Seventh_Edition
  3. Donskoy A.A. Elastomeric heat-shielding materials for internal surfaces of missile engines // Zaikov G.E, ed. New approaches to polymer materials. Nova Publishers, 1995, pp. 93–124. http://dx.doi.org/10.1080/00914039608029377
  4. Bhuvaneswari C.M., Sureshkumar M.S., Kakade S.D. and Gupta M. (2006). Ethylene-propylene diene rubber as a futuristic elastomer for insulation of solid rocket motors // Defence Science Journal. 2006, vol. 56, no. 3, pp. 309–320. https://core.ac.uk/download/pdf/333720277.pdf 10.14429/dsj.56.1894
  5. Rheeder A. Development and Evaluation of Thermal Protection Material for Solid Rocket Motors / April 2022. https://scholar.sun.ac.za/items/6d7ea1f8-d027-4198-abfb-0dbbbbc1ab94
  6. Gubertov A.M., Mironov V.V., Volkova L.I. et al. Gasdynamic and Thermophysical Processes in Solid Propellant Rocket Engines / Koroteev A.S., ed. Moscow: Mashinostroenie, 2004.
  7. Rogowski G.S., Davidson T.F., Ludlow T. Insulating liner for solid rocket motor containing vulcanizable elastomer and a bond promoter, which is a novolac epoxy or a resole, treated cellulose. https://patents.google.com/patent/US4956397A/en
  8. Kesiya G., Panda V., Mohanty S., Nayak S. Recent developments in elastomeric heat shielding materials for solid rocket motor casing application for future perspective // Polym. Adv. Technol. 2019, vol. 29, pp. 8–21.
  9. Amado J.C.Q., Ross P.G., Sanches N.B. et al. Evaluation of elastomeric heat shielding materials as insulators for solid propellant rocket motors: A short review // The Open Chemistry Journal. 2020, vol. 18, pp. 1452–1467. https://doi.org/10.1515/chem-2020-0182
  10. Nesterov B.A., Vorozhtsov K.V. Manufacturing Technology of internal heat protection coating with fabric liner of metal case of solid rocket motor // Vestnik PNRPU. Aerospace engineering. 2015, no. 40. doi: 10.15593/2224-9982/2015.40.10
  11. Nesterov S.V. Bakirova I.N., Samuilov Ja.D. Thermal and thermo-oxidative degradation of polyurethanes: mechanisms, impact factors and main methods of increasing the thermal stability. Review based on the Russian and foreign published papers //Herald of Kazan Technological University, 2011, no. 14, pp. 10−23. https://cyberleninka.ru/article/n/termicheskaya-i-termookislitelnaya-destruktsiya-poliuretanov-mehanizmy-protekaniya-faktory-vliyaniya-i-osnovnye-metody-povysheniya?ysclid=lo4doqlika765444594
  12. Maurizio N., Rallini M., Puglia D. et al. EPDM based heat shielding materials for solid rocket motors: A comparative study of different fibrous reinforcements // Polym. Degrad. Stabil. 2013, vol. 98(11), pp. 2131–2139. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2013.09.006
  13. Kesiya G., Panda V., Mohanty S., Nayak S. Recent developments in elastomeric heat shielding materials for solid rocket motor casing application for future perspective // Polym. Adv. Technol. 2017, vol. 29(11), pp. 1–14. https://doi.org/10.1002/pat.4101
  14. Hongjian Qu, Le Wang, Kun Hui et al. Enhancing Thermal Insulation of EPDM Ablators via Constructing Alternating Planar Architectures. // Polymers 2022, vol. 14, article number 1570. https://doi.org/10.3390/polym14081570
  15. Ahmed A.F., Hoa S.V. Thermal insulation by heat resistant polymers for solid rocket motor insulation // J. Compos. Mater. 2012, vol. 46, pp. 1549–1559. doi: 10.1177/0021998311418850
  16. Guillot D.G., Harvey A.R. EPDM Rocket Motor Insulation. arXiv:1011.1669v3. US 7,371,784 B2. https://ntrs.nasa.gov/citations/20080025653
  17. Sutton P., Biblarz O. Rocket propulsion elements. Wiley-IEEE, 2000. pp. 474–518. https://www.academia.edu/4465796/Rocket_Propulsion_Elements_Seventh_Edition
  18. Prasertsri S., Amnuay P., Sripan K., Nuinu P. Role of hydroxyl-terminated polybutadiene in changing properties of EPDM/ ENR blends // Adv. Mat. Res. 2013, vol. 844, pp. 349–352. http://dx.doi.org/10.4028
  19. Harvey A.R. et al. Rocket motor insulation containing hydrophobic particles. Patent no. WO 01/04198; 2001. https://patents.google.com/patent/US6606852B1/en
  20. Mosa M., Kotb M.M., Fouda H., Gobara M. Study of Elastomeric Heat Shielding Materials for Solid Rocket Motor Insulation/International Conference on Chemical and Environmental Engineering (ICEE-11) // Journal of Physics: Conference Series. 2022, vol. 2035(1), article number 012037. doi: 10.1088/1742-6596/2305/1/012037
  21. Dong Zh., Wei L., Yucai Sh. et al. Improved Self-Supporting and Ceramifiable Properties of Ceramifiable EPDM Composites by Adding Aramid Fiber // Polymers. 2020, vol. 12, p. 1523. http://dx.doi.org/10.3390/polym12071523
  22. Gajiwala M.H., Hall B.S. Precursor compositions for an insulation, insulated rocket motors, and related methods, EP 3375817 (A1). Plymouth, MN 55442 (US): Orbital ATK, Inc.; 2018. https://patents.google.com/patent/EP3375817A1/en
  23. Wu S. et al. EPDM-based heat-shielding materials modified by hybrid elastomers of silicone or polyphosphazene // High Perform. Polym. 2019, vol. 31(9–10), pp. 1112–1121. doi: 10.1177/0954008318824861.
  24. Stephens W.D., Salter C.L., Hodges G.K. et al. Rubber binder, fiber filler, submicroscopic particulate water source. US patent no. 5830384; 1998.
  25. Donskoy A.A. Elastomeric heat shielding materials for internal surfaces of missile engines // Int. J. Polym. Mater. 1996, vol. 31, pp. 215–236. http://dx.doi.org/10.1080/00914039608029377
  26. Yang D., Zhang W., Jiang B., Guo Y. Silicone rubber ablative composites improved with zirconium carbide or zirconia // Composites Part A. 2013, vol. 44, pp. 70–77. http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesa.2012.09.002
  27. Ji Y., Han S., Chen Z., Wu H. et al. Understanding the Role of Carbon Fiber Skeletons in Silicone Rubber-Based Ablative Composites // Polymers. 2022, vol. 14, p. 268. https://doi.org/10.3390/polym14020268
  28. Lee J. Flammability studies of thermoplastic polyurethane elastomer nanocomposites. 50th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC structures, structural dynamics, and materials conference; 2019. doi: 10.2514/6.2009-2544
  29. Schiariti D, Bellomi P. Inner coating layer for solid propellant rocket engines/United States Patent. US 11,473,529 B2; Oct. 18, 2022. https://patentimages.storage.googleapis.com/10/47/e0/1b4f495a3af05e/US11473529.pdf

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Классы теплозащитных материалов

Скачать (19KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Основные подклассы полимерных абляционных материалов типа PAs

Скачать (34KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Структура этилен-пропилен-диенового мономера Источники: [9, 13].

Скачать (11KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Структура бутадиен-нитрильного каучука (NBR) Источники: [9, 20].

Скачать (5KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Структура полидиметилсилоксана

Скачать (12KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Структура PU-ЕТЗМ Источник: [9].

Скачать (8KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024