Справочник по композиционным материалам

Композиты для спускаемых аппаратов

Использование теплозащитных экранов и вкладышей сопл, изготовленных из композитов, для космических аппаратов яв­ляется одним из наиболее обычных их применений. Во многих случаях используют углерод-углеродные композиты, но из-за ограничений, наложенных на распространение информации по углерод-углеродным композитам, они не будут обсуждаться в дан­ной книге.

Фенольные ленточные конструкции используют в настоящее время для невоенных применений, но их используют с момента начала создания космических кораблей. Обычно экраны и сопла получают намоткой ленты на оправку с последующим отвержде­нием и обработкой до требуемых размеров. Ленты обычно уклады­вают на те углы, на которых кромки СП подвержены абляцион­ному воздействию, и служат для снижения возможности отслаи­вания и улучшения обтекания, если композит расположен плашмя. Тепловые панели и сопла для лунной экспедиционной кабины «Лем» и космического корабля «Аполлон» были изготовлены именно таким образом.

Новым шагом при изготовлении тепловых панелей спускае­мого аппарата было использование оплетенной драночной кон­струкции, разработанной фирмой «Макдоннел Дуглас» [14].

Во время экспериментальных и полетных испытаний выясни­лось, что нахлесточное соединение, осуществленное на обычных тепловых панелях, приводит к небольшим несовпадающим с осью потока выщербленностям материала в ходе абляционного воздей­ствия на тепловую панель. Эти выщербленности образуются при абляционном воздействии на зону нахлестки, так как поверхность тепловых панелей физически изнашивается, действует как ориен­тированный источник остаточной деформации и вносит свой вклад в несимметричную динамику корабля и создание вращаю­щего момента.

Тепловые панели, созданные фирмой «Макдоннел», скомпо­нованы без нахлесточных соединений, имитируя конструкцию деталей, полученных из ленты. Полосы ткани из углеродного волокна наматываются непосредственно на оправку тепловых панелей с ориентацией под углом 20° и с использованием смещен­ной структуры для верхнего и нижнего слоев намотки. Оплета­ющий материал представляет собой узкий жгут углеродного волокна. Обычно производится тщательная плотная намотка со­прикасающихся прядей, в результате чего имеет место высоко­качественная упаковка волокна на поверхности, подверженной абляции, с образованием в отвержденном композите минималь­ного количества пустот и карманов, обогащенных полимером.

Техника введения фенольной полимерной матрицы в состав оплетающего армирующего компонента включает в себя влажную пропитку предварительно сформованного изделия после оплетки и оплетку препрегом на стадии Б.