Materiale si tehnologii moderne folosite in constructia structurii de rezistenta a motoarelor racheta cu combustibil solid de la munitia reactiva (partea a II-a)

In acest articol sunt prezentate cateva tehnologii de realizare a unor elemente constructive importante din compunerea rachetelor cu combustibil solid, folosindu-se materialele compozite. Una din particularitatile principale ale materialelor compozite, consta in faptul ca odata cu formarea materialului are loc si executarea elementului de constructie dorit. Aceasta particularitate implica necesitatea cunoasterii si rezolvarii problemelor tehnologice, de constructie si de rezistenta.

Tehnologia de fabricatie prin infasurare a structurii de rezistenta a MRCS din material compozit cu matrice din material plastic armat cu fibre de sticla

Procedeele de fabricatie a corpurilor MRCS prin infasurare din materiale compozite polimerice armate cu fibre din sticla, precum si a divergentului ajutajelor si carcaselor amorselor, sunt urmatoarele

- infasurarea tesuta: permite obtinerea unei structuri textolitice ermetice pe baza de tesatura de sticla pentru corpurile cilindrice ale MRCS, cu rezistenta la rupere de 40 – 60 kgf/mm². Instalatia pentru fabricarea corpurilor textolitice pe baza de tesatura de sticla permite sa se execute infasurarea cu tesatura lianta imbibata in prealabil pe dorn dupa perimetru sau spirale;

- infasurarea periferica se executa concomitent cu primul si al doilea start, paralele cu benzile de la sulul (2) prin cilindrii (17 si 18). Cilindrii de sprijin (10, 23, 24) au montate pe ei dispozitive de incalzire in zona de contact cu tesatura confectionata din liant. Infasurarea spirala se executa prin depanarea tesaturii de pe suluri (2, 19, 30), dispuse sub un unghi fata de axa dornului (3). La atingerea tesaturii cu carucioarele (1, 28) pozitiei limita, se produce reasezarea tesaturii cu ajutorul mecanismului in forma de furca (32). Inmuierea si tavalugirea, cu scopul compactizarii straturilor de tesatura, se face la fel ca si in cazul infasurarii dupa perimetru.

- infasurarea longitudinal-transversala a corpurilor MRCS cilindrice si usor conice se executa plecandu-se de la raportul cunoscut dintre tensiunile in sectiunea limita si in sectiunea generatoarei, care este egal cu 1/2. Infasurarea starturilor pe dorn, in cazul infasurarii longitudinal – transversale, se face in urmatoarea succesiune: la doua straturi de benzi periferice se aplica un strat de benzi longitudinale (de-a lungul generatoarei). Corespondenta dintre orientarea si numarul benzilor de sticla cu directia si marimile care actioneaza in invelis, precum si asezarea compacta a benzilor de sticla, permite sa se realizeze o rezistenta la rupere superioara de 100 kgf/mm² in directie tangentiala si peste 50 kgf/mm² in directie axiala. Infasurarea longitudinal-transversala se realizeaza astfel: suportul pivotant (2), pe circumferinta caruia sunt amplasate bobinele starturilor longitudinale (1), rotindu-se sincron cu dornul (3), se deplaseaza de-a lungul axei dornului.

Totodata, benzile longitudinale desfasurate de pe bobina se infasoara si se trag spre suprafata dornului benzile in straturi inelare de pe bobinele (8) fixate pe caruciorul (4), asigurand raportul din starturile longitudinale si transversale de 1/2. Inmuierea (macerarea) liantului din benzi se realizeaza cu incalzitoare prin radiatie sau prin contact, dispuse pe elemente inelare care cuprind dornul in locul depanarii benzilor longitudinale inelare. Infasurarea corpurilor impreuna cu fundurile (capacele) prin procedeul infasurarii longitudinal-transversale complica substantial procesul tehnologic. De aceea, in mod obisnuit, astfel de corpuri se executa cu funduri (capace), insa cu ingrosari pe ambele parti frontale. Dupa obtinerea infasurarii, polimerizarii si scoaterii corpului de pe dorn, capetele ingrosate se supun prelucrarii mecanice in scopul pregatirii locurilor de imbinare cu capacele metalice. Infasurarea spirala permite sa se execute corpul MRCS impreuna cu fundurile (capacele). Aceasta este cel mai raspandit procedeu si cel mai eficace si permite sa se obtina corpuri de MRCS, invelisuri ale divergentelor ajutajelor si invelisuri cu capace de cele mai diferite forme (cilindrice, conice, sferice, toroidale). Orice abatere de orientare a benzilor fata de linia tensiunilor principale ale invelisului, duce la micsorarea rezistentei invelisurilor cu aproximativ 10-15%. Rezistenta la rupere a elementelor obtinute prin infasurarea longitudinal-transversala din materiale plastic armate cu fibre de sticla prin infasurare spirala, este de aproximativ 85kgf/mm². Aceasta metoda de infasurare este concretizata in figura urmatoare, unde este prezentat un corp MRCS.

In figura de mai jos este prezentata schema masinii-unelte pentru infasurarea spirala prin metoda umeda. Firele de sticla sunt trecute prin vasul cu liant (8), prin sistemul de role (10) care regleaza tensiunea in banda de sticla si elimina surplusul de liant si intra pe dorn.

Infasurarea spirala pe dorn se executa prin modificarea vitezei de rotatie a dornului (4) si prin deplasarea longitudinala a caruciorului (6). La atingerea capatului dornului, tija cilindrului hidraulic se retrage conform programului si aseaza banda pe suprafata dornului si se va forma peretele invelisului cu numarul urmarit de straturi din banda. La proiectare este necesar sa se cunoasca cateva particularitati constructiv-tehnologice de executare a corpurilor MRCS din material plastic armat cu fibre de sticla, care influenteaza substantial caracteristicile de rezistenta si fidelitate reproducerii corpului in procesul productiei de serie.

Continutul optim de liant in compozitia pentru infasurarea spirala si pentru infasurarea longitudinal-transversala trebuie sa fie in limitele 20-30%. Cand continutul de rasina este mai mare decat cantitatea optima, rezistenta scade, iar cand continutul este mai mic, se obtine o structura neomogena a corpului motorului. Caracteristica de baza a liantului este aceea, ca ele sa combine fibrele de sticla intr-o structura unitara, sa repartizeze uniform eforturile intre fibre si sa asigure intinderea uniforma a acestora pe timpul solicitarii de rupere (intindere). Liantul protejeaza fibrele de solicitarile mecanice exterioare si din acest motiv, modulul de elasticitate, rezistenta la rupere, plasticitatea si rezistenta fizico-chimica ale materialului compozit, depind in mare masura de continutul (compozitia) liantului.

Un factor principal pentru asigurarea proprietatilor amintite ale compozitiei, il reprezinta efortul la intindere a benzii armate sau filonului. Prin intinderea preliminara (initiala) a ingredientului armat, se creeaza starea initiala de formare in materialul compozit si se asigura deformarea startului fara ruperea acestuia la tractiune. Din acest motiv, intinderea preliminara se calculeaza si ea trebuie sa fie mai mica decat cea teoretica, avand drept rezultat o dispersie mai mare a proprietatilor mecanice. Intinderea mai mare decat cea teoretica mareste densitatea materialului prin micsorarea concomitenta a rezistentei lui si a continutului de lianti din compozitia acestuia.

Temperatura de solidificare influenteaza viteza de contractie a liantilor, iar timpul de solidificare se alege astfel incat sa se asigure tensiunea de contractie prevazuta si care poate fi diminuata prin tratamente termice repetate. Cu cat viteza de solidificare este mai mica, cu atat apar mai putine defecte in compozitia piesei.

Din rezultatele practice obtinute in constructia rachetelor cu combustibil solid, s-a tras concluzia ca in comparatie cu constructiile de rezistenta executate din metale de inalta rezistenta, materialele compozite cu matrice polimerica armate cu fibre de sticla prezinta urmatoarele avantaje: pret de cost mic, timp scurt de realizare, rezistenta specifica superioara, anizotropie reglabila a materialului.

Tehnologia de fabricatie prin presare a structurii de rezistenta a MRCS din materiale compozite cu matrice polimerica armata cu fibre de sticla

In cazul tehnologiilor de realizare a camerei si ajutajului prezentate anterior, costurile de productie sunt mari si acestea se pot realiza si din materiale compozite cu matrice polimerica armata cu fibre de sticla prin presare. In figura urmatoare este prezentata schema procesului tehnologic de realizare a corpului si ajutajului unui MRCS prin presare.

Obtinerea corpurilor MRCS si ajutajelor prin aceasta metoda de presare, prezinta avantaje in cadrul productiei de serie mare. Fabricarea corpurilor si ajutajelor MRCS prin presare necesita un volum de lucru considerabil mai mic in comparatie cu procesul de fabricatie obisnuit a corpurilor MRCS metalice. In acelasi timp, se micsoreaza substantial volumul operatiilor de pregatire, cele intermediare, precum si durata si etapele procesului de control.

Autori:

Cpt.lect.univ.drd.ing. Aurel Iacobescu

Col.drd.ing. Dumitru Homei

Bibliogafie:

Dumitras C., Opran C., Prelucrarea materialelor compozite, ceramice si minerale, Editura Tehnica, Bucuresti, 1994

Stefanescu F., Neagu G., Mihai A., Materiale compozite, Editura didactica si pedagogica, Bucuresti, 1996

Ispas St., Materiale compozite, Editura Tehnica, Bucuresti, 1987

Craciunescu M., Materiale compozite, Editura SEDONA, Timisoara, 1998.

Toma V., Posibilitati de modernizare a rachetelor cu combustibil solid, Academia Tehnica Militara, 1996.

Iacobescu A., Procedee si tehnologii de prelucrare a materialelor compozite, ceramice si minerale, Referatul nr. 2 – Doctorat, Universitatea „Lucian Blaga” – Facultatea de Inginerie, Sibiu, 1999.