Главная | Двигатели => МА-40 => Технологии
Разработка сверхтонкого ТЗП
Введение Испытания на теплопроводность Результаты испытаний и выводы
Рисунок 1 - Отработанный двигатель серии МА-40
Отработанный двигатель серии МА-40

Введение В начало

После неудачного испытания стеклопластикового корпуса двигателя Р-40-20 пришлось всерьез задуматься над разработкой эффективного теплозащитного покрытия. Поскольку дальнейшее уменьшение толщины стенки двигателя становится невозможным из-за слишком сильного теплового воздействия остатков топлива после отработки двигателя на его корпус. Фактически невозможно применение различных органических материалов в виде связок или основ в композитных конструкционных составах для тонкостенного корпуса двигателя. Но тот факт, что тонкий корпус из силикатного ватмана способен эффективно противостоять тепловому удару и даже после этого сохраняет весьма высокую жёсткость и прочность наводит на мысль о применении в качестве основного связующего для ТЗП – жидкого стекла. Ниже на фотографии хорошо видно, что жидкое стекло от нагрева сильно вспучивается и внутренние слои уходят внутрь корпуса, образуя воздушную прослойку из пузырей стекла между наружными и внутренними слоями корпуса, что очень хорошо для теплозащиты.

Испытания материалов на теплопроводность В начало

На основании наблюдения данного эффекта было решено сделать сравнительное испытание различных слоистых композитных материалов на жидком стекле с другими аналогичными материалами на обычных органических связках. Для этого было решено для начала использовать следующие варианты многослойных ТЗП:

 

  1. Жидкое стекло + стеклоткань 1 слой.
  2. Жидкое стекло + стеклоткань 2 слоя.
  3. Жидкое стекло + шелк 2 слоя.
  4. Клей TITAN + шелк 2 слоя
  5. Клей TITAN + офисная бумага 3 слоя.
  6. Клей ПВА + офисная бумага 3 слоя.
  7. Жидкое стекло + офисная бумага 3 слоя.

Количество слоёв в образцах подбиралось примерно для достижения одинаковой толщины в 0,4÷0,6мм. Офисная бумага не пропитывалась насквозь связующим в отличие от шелка и стеклоткани. Все слои наносились на один лист офисной бумаги, просто приклеивались к нему с одной стороны. Он в свою очередь, был индикатором на термоустойчивость. Бумага начинает разлагаться уже примерно при 140°С – это был своеобразный индикатор температуры, очень удобный для определения времени перегрева испытуемого образца ТЗП. Фактически замерялось время с момента начала контакта образца с огнём и до появления первых жёлтых пятен на бумажной основе с обратной стороны. Все образцы проходили два вида термоиспытаний на нагрев от газа и на нагрев от твёрдой поверхности. Нагрев от газа осуществлялся от обычной свечки, а твёрдая поверхность была – тэн электроплитки. Испытание проводилось на нескольких образцах от каждого вида для газа и твёрдой поверхности отдельно, потом результаты усреднялись.

Рисунок 1 - Двуслойных шёлк на жидком стекле
Двуслойных шёлк на жидком стекле

После испытания были получены очень красочные кадры работы двигателей. Мощное ярко-жёлтое пламя вырывалось наружу из сопла. А двигатели светились насквозь почти всё время работы на режиме.

Рисунок 2 - Трехслойная офисная бумага на клее TITAN
Трехслойная офисная бумага на клее TITAN

Второй двигатель отработал точно так же, как и первый. Внешних отличий почти не видно.

Рисунок 3 - Двуслойный шелк на клее TITAN
Двуслойный шелк на клее TITAN

Под конец работы у обоих двигателей корпус стало просвечивать насквозь так, что были видны вдоль всего корпуса перегородки и кольцевые крепления сегментов двигателя, как на рентгене. А само сопло, кажется, повисло где-то на струе газа ничем не удерживаемое)))

Рисунок 4 - Двуслойная стеклоткань на жидком стекле
Двуслойная стеклоткань на жидком стекле

Так как ветер дул из окна стены на камеры, то к концу работы двигателей в этом пространстве надуло выхлопного дыма двигателей, и те приобрели некое волшебное свечение в этой дымке)))

Рисунок 5 - Однослойная стеклоткань на жидком стекле
Однослойная стеклоткань на жидком стекле

Несмотря на сильное задымление, лазерный луч было видно на видео. А главное было чётко видно пятно от него на шкале, что и позволило программе снять данные по видео, так как ей вовсе необязательно видеть для этого деления шкалы, так как в её памяти уже заведомо загружены данные калибровки стенда и масштаба видео.

Результаты испытаний и выводы В начало

Последовательно сначала для ПВА 4 шт. потом образцы на жидком стекле над газом и также на электроплитке.

Результаты испытаний сведены в таблицы.

Усреднённые и сортированные по убыванию термостойкости результаты испытаний ТЗП.

Ниже приведены некоторые остатки от образцов – то, что не сгорело: стеклотканевые и шёлковые образцы на жидком стекле.

Рисунок 6 - несгоревшие образцы
несгоревшие образцы

Так как ветер дул из окна стены на камеры, то к концу работы двигателей в этом пространстве надуло выхлопного дыма двигателей, и те приобрели некое волшебное свечение в этой дымке)))

Рисунок 7 - Двуслойная стеклоткань на жидком стекле
Двуслойная стеклоткань на жидком стекле

Весьма сильно вздутие от газа на образцах из шёлка – образуют огромные пузыри. А когда-то это был слой толщиной всего лишь 0,5мм!

Рисунок 8 - Образец на шёлке с жидким стеклом
Образец на шёлке с жидким стеклом

По всей видимости шёлк усиливает эффект наддува пузырей.

Рисунок 9 - Вскрытый воздушный пузырь
Вскрытый воздушный пузырь

Так как ветер дул из окна стены на камеры, то к концу работы двигателей в этом пространстве надуло выхлопного дыма двигателей, и те приобрели некое волшебное свечение в этой дымке)))

Рисунок 10 - Остатки образцов газового испытания обычного бумажного ТЗП на силикате и ПВА
Образцы газового испытания бумажного ТЗП на силикате и ПВА

Остатки образцов газового испытания обычного бумажного ТЗП на силикате и ПВА.

  1. Наиболее термостойкими оказались композиты на основе жидкого стекла и шёлка со стеклотканью, за счёт эффекта вспучивания резко вырвались вперёд. Также по своим результатам этот вид ТЗП во много раз лучше привычных бумажных ТЗП на основе обычной бумаги склеенной клеем ПВА или жидким стеклом. Само же жидкое стекло во всех тестах показало лучшие результаты термостойкости по сравнению с аналогичными связками на органических компонентах, так как не склонно к горению и создаёт воздушную подушку, которая только сильнее сопротивляется перегреву от самого источника тепла, отдаляя его от стенки и препятствуя дальнейшей передачи тепла к стенке!
  2. Наиболее прочным ТЗП в данном испытании является стеклоткань на жидком стекле, которая вполне может оставаться на месте, обдуваемая скоростным потоком в камере сгорания до 200м/с. Шёлк на жидком стекле не такой прочный и может служить в роли основного ТЗП камеры сгорания для скреплённых зарядов и мест с низкой скоростью обдува потоком газа у заглушки. Так же возможны различные комбинации между ними. По ходу дальнейших экспериментов в этом направлении, данные будут дополняться…
SashaMaks © 01.01.2011
Любительские высотно-скоростные ракеты 1996-2016