Козіс Кристина Вікторівна ІНФОРМАЦІЙНІ ВІЗУАЛЬНО-АНАЛІТИЧНІ ТЕХНОЛОГІЇ РОЗРОБКИ І КОНТРОЛЮ ТЕПЛОЗАХИСНИХ ПОКРИТТІВ ТВЕРДОПАЛИВНИХ РАКЕТНИХ ДВИГУНІВ : Козис Кристина Викторовна ИНФОРМАЦИОННЫЕ визуально АНАЛИТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ И КОНТРОЛЯ теплозащитного покрытия твердотопливных ракетных двигателей Kozis Krystyna Viktorivna INFORMATIONAL VISUAL-ANALYTICAL TECHNOLOGIES OF DEVELOPMENT AND CONTROL

Короткий зміст

У вступі обґрунтовано актуальність, сформульовано мету й основні задачі досліджень, описано об'єкт, предмет та методи досліджень, визначено наукову новизну й практичне значення дисертаційної роботи, наведено інформацію щодо апробації та публікації.
У першому розділі проведено огляд науково-технічної літератури сучасного стану інформаційних технологій, які супроводжують розробку та контроль внутрішніх теплозахисних покриттів корпусів ракетних двигунів твердого палива (РДТП). Установлено, що працездатність ракетних двигунів нового покоління з композиційних матеріалів, корпуси яких повинні витримувати високі теплові навантаження, не може бути забезпечена внутрішніми теплозахисними покриттями, що існують. Необхідно створення нових теплозахисних покриттів. Це науково-
технічне завдання може бути вирішено шляхом відбору і дослідження спеціальних сучасних матеріалів, оцінки їх якості, розробки інформаційних технологій створення та контролю багатошарових теплозахисних покриттів. Структурну схему проведення досліджень і розробки внутрішнього теплозахисного покриття корпусу РДТП представлено на рисунку 1.
У другому розділі сформульовано основні напрямки досліджень, наведено матеріали для внутрішнього теплозахисного покриття корпусу ракетного двигуна твердого палива, яке складається з кріпильного, бар'єрного, герметизуючого (основного) і адгезійного шарів. Кріпильний шар разом з бар'єрним утворює захисно-кріпильний шар.
До матеріалів кріпильного шару ставляться вимоги щодо питомої ваги, яка не повинна перевищувати 500 г/м2, і для з'єднання з наступним бар'єрним шаром вони повинні мати об'ємну структуру плетіння. У якості кріпильного шару вибрані: тканина капронова еластична технічна (ТКЕТ) виробництва ТОВ ПФК «Красная Роза 3000» (РФ) і полотно високоеластичне поліамідне (ПВП-У) виробництва Державного підприємства «КиївНДІТГП» (Україна).
Для бар'єрного шару використано каландровану гумову суміш 1001 завтовшки 0,6 мм, яка являє собою багатокомпонентну систему, до складу якої входять інгредієнти на основі етиленпропіленових каучуків. Під час створення герметизуючого (основного) шару теплозахисного покриття вибрано також
каландровану гумову суміш 1001 зі змінною товщиною від 3 до 14 мм з урахуванням розрахунку температурних режимів корпусу РДТП.
З метою з'єднання внутрішнього теплозахисного покриття з силовою оболонкою корпусу з епоксидного вуглепластику використано клейовий склад Хемосил - 411, клей на основі каландрованої гумової суміші 1001, розчиненої в нефрасі, плівковий клей ВК-9; зв’язуючі - епоксидне зв’язуюче ЕДТ-10, епоксидна система Araldite LY 1135-1/Aradur 917/Ассе1егаї:ог 960-1 HUNTSMAN; тканинні матеріали - бавовняна тканина з некручених ниток перкаль; склотканина Т-10-80, вуглецева тканина 3752.
Інформаційні технології досліджень, оцінки та контролю (визначення руйнівного напруження під час рівномірного поперечного відриву, питомої теплоємності, коефіцієнта теплопровідності, температури руйнування; інформаційні технології дериватографічного аналізу, електронної мікроскопії, інфрачервоної спектроскопії, візуально-аналітичний метод обробки й аналізу цифрових зображень поверхонь внутрішніх теплозахисних покриттів) обрані, виходячи з характеристик, необхідних для підтвердження роботи матеріалів під час їх експлуатації.
У третьому розділі наведено експериментальні інформаційні технології дослідження внутрішніх теплозахисних покриттів твердопаливних ракетних двигунів (рисунок 2).
1 - тверде паливо; 2 - кріпильний шар, що забезпечує міцне скріплення теплозахисту з твердим паливом;
3 - бар'єрний шар, що запобігає міграції твердого палива в герметизуючий шар;
4 - герметизуючий (основний) шар, що
забезпечує теплозахист корпусу під час експлуатації і зберігання;
5 - адгезійний шар - для забезпечення
адгезійної міцності внутрішнього теплозахисного покриття з силовою оболонкою корпусу; 6 - силова
оболонка
Рисунок 2 - Структура внутрішнього теплозахисного покриття
Внутрішнє теплозахисне покриття забезпечує працездатність ракетного двигуна твердого палива і, оскільки воно є багатошаровою конструкцією, у дисертаційній роботі особливу увагу приділяли розробленню та дослідженню кожного шару. Представлені дослідження захисно-кріпильного і герметизуючого (основного) шарів.
Експериментальне дослідження матеріалів захисно-кріпильного шару на основі тканини капронової еластичної технічної - каландрованої гумової суміші 1001 та полотна високоеластичного поліамідного - каландрованої гумової суміші 1001 проводили з використанням інформаційно-вимірювальної технології дериватографічного аналізу з метою оцінки їх характеристик під час нагрівання до температури руйнування (рисунок 3). Інформаційно-вимірювальна технологія 
оцінки міцності зв'язку в захисно-кріпильному шарі при рівномірному поперечному відриві показана на рисунку 4.

Рисунок 3- Інформаційно-вимірювальна Рисунок 4- Інформаційно-вимірювальна технологія визначення температури технологія оцінки міцності зв'язку в
руйнування захисно-кріпильного шару захисно-кріпильному шарі

В результаті аналізу досліджень установлено, що деструкція (руйнування) зразків на основі полотна високоеластичного поліамідного (ПВП-У) та на основі тканини капронової еластичної технічної (ТКЕТ) і каландрованої гумової суміші 1001 становить 476°С та 470°С відповідно, що свідчить про їх високу термостійкість. Результати фізико-механічних досліджень показали, що міцність під час рівномірного поперечного відриву в зразках на основі полотна високоеластичного поліамідного - каландрованої гумової суміші 1001 становить (1,38^1,94) МПа, а в зразках з використанням тканини капронової еластичної технічної - каландрованої гумової суміші 1001 - (1,19^1,28) МПа за заданої 1,20 МПа. На підставі проведених досліджень для захисно-кріпильного шару запропоновано технологічне рішення - використання полотна високоеластичного поліамідного, враховуючи його доступність на ринку України.
Для герметизуючого (основного) шару внутрішнього теплозахисного покриття застосовували каландровану гумову суміш 1001. З метою оцінки працездатності каландрованої гумової суміші 1001 досліджені її теплофізичні параметри у діапазоні робочих температур (мінус 50°С до плюс 250°С). Цей температурний діапазон вибрано виходячи з кліматичних умов під час наземної експлуатації ракетного двигуна твердого палива (від мінус 50°С до плюс 50°С) і за допустимих температур: на силовій оболонці корпусу не більш плюс 80°С, на зовнішній поверхні днищ не більш плюс 200°С під час роботи ракетного двигуна. Для оцінки теплофізичних характеристик були використані інформаційні технології визначення питомої теплоємності та коефіцієнта теплопровідності. Структурна схема проведення досліджень представлена на рисунку 5. 
Визначення питомої теплоємності проведено на зразках каландрованої гумової суміші 1001 у робочому діапазоні температур від мінус 50°С до плюс 250°С (таблиця 1).
Аналіз результатів досліджень показав, що при температурі вище 200°С відбувається різке зменшення питомої теплоємності, причиною якого є екзотермічна реакція розкладання матеріалу і втрата його цілісності (рисунок 6).
Таблиця 1 - Результати вимірювання гумової суміші 1001
Температура П итома теплоємність, Дж/(кгград)
К 0
Тк Зразок № 1 Зразок № 2 Зразок № 3 Середнє
значення
- -50 1036,1 871,3 882,3 929,9
- -25 1518,0 1482,2 1553,8 1518,0
0 0 1621,5 1543,7 1682,7 1616,0
1 25 1818,0 1710,7 1755,3 1761,3
2 50 2074,9 1872,4 2070,7 2006,0
3 75 2161,6 1994,9 2113,2 2089,9
4 100 2308,9 2134,1 2267,0 2236,7
5 125 2442,5 2325,3 2426,7 2398,2
6 150 2489,0 2436,0 2501,0 2475,3
7 175 2627,4 2410,3 2593,4 2543,7
8 200 2868,1 2503,8 2673,0 2681,6
- 225 1437,1 1368,2 1529,8 1445,0
- 250 871,2 731,8 763,7 788,9

Крім того, на ділянці від 0 до +200°С візуально спостерігається лінійний зв'язок питомої теплоємності і температури. Одержані експериментальні результати вимірювань були оброблені статистично методом найменших квадратів визначення сумарної помилки апроксимації. Гіпотезу про рівність середніх значень перевірено за критерієм Ст'юдента, а дисперсій - за критерієм Фішера. З імовірністю 0,997 гіпотеза про їх рівність підтверджується. 
Оцінка теплозахисних властивостей герметизуючого (основного) шару проведена за допомогою інформаційної технології визначення коефіцієнта теплопровідності каландрованої гумової суміші 1001 з використанням вимірювального приладу ИТ-Л-400 у температурному діапазоні від мінус 40°С до плюс 250°С.
Аналіз вимірювань теплопровід¬ності досліджуваних зразків за різних значень температури дозволяє зробити припущення про слабкий вплив температури нагрівання на провідність гуми. Це підтверджується даними середніх значень коефіцієнтів теплопровідності і стандартних значень, що характеризують розкид вимірювань. Порівняння середніх значень вимірювань теплопровідності за критерієм Ст'юдента показує їх рівність з імовірністю 0,95. Результати досліджень каландрованої гумової суміші 1001 добре узгоджуються з даними інформаційної технології оцінки температури руйнування герметизуючого шару (рисунок 7).
Установлено, що руйнування зразків відбувається за температури 525°С, що повністю задовольняє вимоги, які ставляться до внутрішнього теплозахисного покриття.