Огневые испытания материалов сопла ракетного двигателя
DOI:
https://doi.org/10.18321/cpc23(4)481-49Ключевые слова:
ракетный двигатель, корпус сопла, вкладыш, теплоизоляция, материалы, сталь, текстолит, графитАннотация
В данной статье представлены результаты исследований материалов, используемых в сопловой части ракетного двигателя. В ходе исследования проанализированы свойства высокопрочных металлических сплавов, жаропрочных и теплоизоляционных материалов. Проведен обзор материалов, рассматриваемых для применения в конструкциях сопел. Для экспериментальных исследований были выбраны три различных материала: конструкционная сталь 30ХГСА, текстолит (марки А) и прессованный графит. Для оценки термостойкости и эрозионной стойкости указанных материалов были проведены огневые испытания на стенде двигателя калибра 70 мм. В результате испытаний определен уровень эрозионного износа в различных зонах сопла: конфузорном, критическом и диффузорном сечениях. Для этого контролировалось изменение геометрических размеров (диаметра и углов) деталей сопла. Наибольшую термостойкость и эрозионную стойкость в критической зоне показал графитовый материал. В то время как стальные материалы эффективны с точки зрения механической прочности, текстолит пригоден для использования в качестве теплоизолятора, однако установлено, что он подвержен значительному износу под воздействием высоких температур. В целом, результаты проведенных исследований могут рассматриваться как научно-практическая основа для проектирования и выбора материалов для сопловых блоков ракетных двигателей. В работе сформулированы рекомендации по оптимальному выбору материалов для твердотопливных ракетных двигателей малого и среднего калибра.Библиографические ссылки
(1) V.P. Belov. Nozzle Blocks of Rocket Engines: Textbook. - St. Petersburg: BSTU, 2019. - 57 p. (In Russian)
(2) V.A. Kalinchev, D.A. Yagodnikov. Technology of Solid Propellant Rocket Engine Production: Textbook. - Moscow: Bauman MSTU Publishing House, 2011. - 687 p. (In Russian)
(3) A.V. Yaskin. Design and Development of Solid Propellant Rocket Engines: Textbook. - Biysk: Altai State Technical University Publishing House, 2010. - 200 p. (In Russian)
(4) F.P. Sanin, L.D. Kuchma, E.A. Dzhur, et al. Solid Propellant Rocket Engines: Materials and Technologies. - Dnipropetrovsk: DNTU Publishing House, 1999. - 320 p. (In Russian)
(5) B.M. Baiserikov, M.B. Ismailov, L.M. Mustafa, et al. Design and Manufacturing of Experimental Solid Propellant Rocket Motor Cases Made of Carbon Composite Materials, Polymers, 17 (10) (2025) 1352. Crossref
(6) J. Stephenson. Design of Nozzle for High-Powered Solid Rocket Propellant, Undergraduate Journal of Mathematical Modeling: One + Two, 9 (2018) 32. Crossref
(7) C. Hillegass. Rocket Motor Nozzle, Williams Honors College, Honors Research Projects, 2020, 33 p.
(8) L.M. Mustafa, I.K. Ablakatov, B.M. Baiserikov, et al. to Improve Its Mechanical Properties, News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. Series of Geology and Technical Sciences, 1 (2025) 140-154.
(9) R.G. Savino, A.C. Festa, L. Pienti, et al. Experimental Set-Up for Characterization of Carbide-Based Materials in Propulsion Environment, J. Eur. Ceram. Soc., 35 (2015) 1715-1723. Crossref
(10) M. Lazzarin, F. Barato, A. Bettella, et al. Computational Fluid Dynamics Simulation of Regression Rate in Hybrid Rockets, J. Propuls. Power, 29 (2013) 1445-1452. Crossref
(11) A.A. Zhirnov, K.V. Stepanov, S.G. Sazonkin, et al. Study of Intra-Chamber Processes in Solid Rocket Motors by Fiber Optic Sensors, Sensors, 21 (2021) 7836. Crossref
(12) H.S. Mukunda. Understanding Aerospace Chemical Propulsion. - New Delhi: IK International Publishing House, 2017. - Chapter 9, pp. 309-350.
(13) M.B. Ismailov, Z.M. Ramazanova, G.B. Nigmetchanova, et al. Effect of the Porosity Range and Its Nature on Mechanical Properties of Magnesium Alloys Mg-Al-Zn, Eurasian Chemico-Technological Journal, 18 (1) (2016) 67-71. Crossref
(14) I.K. Ablakatov, M.B. Ismailov, L.M. Mustafa, et al. Investigation of the Technology of Introducing Li, Mg, and Zr Alloys into Aluminum Alloy, Kompleksnoe Ispolzovanie Mineralnogo Syra, 327 (4) (2023) 32-40. Crossref
(15) A. Bhadran, J.G. Manathara, P.A. Ramakrishna. Thrust Control of Lab-Scale Hybrid Rocket Motor with Wax-Aluminum Fuel and Air as Oxidizer, Aerospace, 9 (9) (2022) 474. Crossref
(16) B. Nespor, I. Chromkova, H. Szklorzova, et al. A New Approach for the Determination of Thermal Shock Resistance of Refractories, J. Phys.: Conf. Ser., 2341 (2022) 012006. Crossref
(17) G.M. Melkumov. Rocket Engines. - Moscow: Mashinostroenie, 1976. - 399 p. (In Russian)
(18) D.F. Pichugin. Design and Construction of Aircraft Engines. - KuAI, 1975. - Vol. 3, 88 p. (In Russian)
(19) V. Koen. Development of Large Low-Cost Solid Propellant Rocket Engines, Problems of Rocket Technology, 9 (1970) 42-60. (In Russian)
(20) E. Brochen, S. Clasen, E. Dahlem, et al. Determination of the Thermal Shock Resistance of Refractories, WorldForum, 8 (2016) 79-85.
(21) S. Kwok. Complex Organics in Space: A Changing View of the Cosmos, Galaxies, 11 (5) (2023) 104. Crossref
(22) L. Mustafa, M. Ismailov, I. Tashmukhanbetova, et al. The Effect of Modifiers on the Strength and Impact Toughness of Carbon Fiber Reinforced Plastics, J. Multidiscip. Appl. Nat. Sci., 5 (1) (2025) 130-140. Crossref
(23) H. Yabuta, L.B. Williams, G.D. Cody, et al. The Insoluble Carbonaceous Material of CM Chondrites: A Possible Source of Discrete Organic Compounds under Hydrothermal Conditions, Meteorit. Planet. Sci., 42 (2007) 37-48. Crossref
(24) V.A. Borisov. Design of Main Components and Systems of Rocket Engines: Textbook. - Samara: V.A. Borisov; SSAU, 2011. - 119 p. (In Russian)
(25) Yu.N. Zubtsov, A.V. Ponomaryov, B.M. Tsukerman. Thermal Protection Coatings for Rocket Engines. - Moscow: Mashinostroenie, 2001. - 272 p. (In Russian)
(26) V.I. Loktionov, A.I. Chernyshov. Materials and Technologies for Thermal Protection. - Moscow: Nauka, 2010. - 328 p. (In Russian)
(27) L.J. Ghosn, A.M. Okeil, S.V. Raj. Thermal Barrier Coatings for Space Propulsion Applications. - NASA/TM-2008-215187, 2008.
(28) N.P. Padture, M. Gell, E.H. Jordan. Thermal Barrier Coatings for Gas-Turbine Engine Applications, Science, 296 (5566) (2002) 280. Crossref
(29) J.C.A. Quagliano, P.G. Ross, N.B. Sanches, et al. Evaluation of Elastomeric Heat Shielding Materials as Insulators for Solid Propellant Rocket Motors: A Short Review, Open Chem., 18 (1) (2020) 1452-1467. Crossref
(30) O.B. Loureda, F.R. Caliari, I. Regiani, et al. Microstructural and ablative properties of graphite nozzles with SiC coating deposited by CVD technique, Mater. Res. Express, 7 (1) (2020) 015619. Crossref
(31) W. Wang, X. Jin, H. Huang, et al. Thermal-insulation and ablation-resistance of Ti-Si binary modified carbon/phenolic nanocomposites for high-temperature thermal protection, Compos. Part A: Appl. Sci. Manuf., 169 (2023) 107528. Crossref
(32) S. Reznik, P. Prosuntsov. History and Experience of Overcoming Thermal Barriers in Rocket and Space Technology: 2. Ballistic and Sliding Descent of Spaceships, AIP Conf. Proc., 2503 (2022) 020011. Crossref
(33) J. Xiao, J.-M. Chen, H.-D. Zhou, et al. Study of several organic resin coatings as anti-ablation coatings for supersonic craft control actuator, Mater. Sci. Eng. A, 452-453 (2007) 23-30. Crossref
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Как цитировать
