9. Експериментальне дослідження безлейнерного паливного бака з полімерних композиційних матеріалів

Анотація: Наведено результати пошукових і експериментальних досліджень конструкції паливного бака з полімерних композиційних матеріалів для роботи у кріогенному середовищі за експлуатаційного тиску 7,5 кгс/см2 . Під час визначення конфігурації безлейнерного композиційного паливного бака основною вимогою було забезпечити його герметичність за умови внутрішнього надлишкового тиску та впливу кріогенної температури. Проаналізовано світовий досвід створення подібних конструкцій і визначено вимоги, які ставлять до конфігурації силових оболонок паливних баків. Перед визначенням кінцевого вигляду конфігурації було проаналізовано типи матеріалів, схеми армування та можливі шляхи забезпечення герметичності, а також проведено попередні випробування на фізико-механічні властивості тонкостінних зразків композиційних матеріалів і трубчастих конструкцій з різними схемами армування. Проведено випробування зразків вуглепластику за різних режимів затвердіння для визначення найефективнішого з погляду міцнісних характеристик, а також випробування на проникність методом мундштука. Випробування дослідного паливного бака показали, що розрахункові значення деформацій і переміщень від експериментальних відрізняються не більше ніж на 10 %. Використовуючи результати вимірювання параметрів під час випробувань на рідкому азоті, отримали емпіричні формули для розрахунку коефіцієнта лінійного теплового розширення пакета матеріалів силової оболонки. Побудовано емпіричні залежності відносних кільцевих деформацій у середньому перерізі силової оболонки залежно від тиску та температури. Випробовування підтвердили правильність прийнятих рішень для забезпечення міцності та герметичності силової оболонки паливного бака під час комплексного впливу внутрішнім надлишковим тиском і кріогенною температурою, у тому числі під час циклічних навантажень. Використовувані матеріали та технології виготовлення корпусу паливного бака забезпечують герметичність силової оболонки за експлуатаційного тиску 7,5 кгс/см2 рідкого азоту та міцність за надлишкового тиску 15 кгс/см2 і дозволяють апробувати перспективний ступінь ракети космічного призначення.