Технология производства ракетных двигателей твердого топлива

УДК 621.454.3.07(075.8)  
 
ББК 39.55 
  К17 
Издание подготовлено в рамках Федеральной  
целевой программы «Культура России» 

 

Р е ц е н з е н т ы:  

зам. генерального конструктора — главный технолог  

ФГУП «Московский институт теплотехники» С.В. Челышев;  

лауреат Государственной премии, заслуженный создатель  

космической техники, канд. техн. наук В.И. Гребенкин; 

директор Центра прочности ЦНИИСМ, лауреат Государственных  

премий, д-р техн. наук, проф. А.Б. Миткевич 
 
 
Калинчев В. А.  
    Технология производства ракетных двигателей твердого 
топлива : учеб. пособие / В. А. Калинчев, Д. А. Ягодников. — 
М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011. — 687, [1] с. : 
ил. (Технологии ракетно-космического машиностроения). 
 
ISBN 978-5-7038-3475-6 
 
Рассмотрены главные составляющие технологического процесса производства ракетных двигателей твердого топлива, включая обоснование выбора конструкционных материалов, подготовку 
производства и отдельные стадии изготовления элементов, методы 
применения современных пакетов САПР для разработки технологических процессов изготовления отдельных узлов двигателей как 
части полного жизненного цикла изделия. 
Учебное пособие написано на основе материалов лекций по 
дисциплине «Технология специального машиностроения», которые авторы читают в МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
Для студентов старших курсов, инженеров, преподавателей, 
аспирантов и магистрантов. 
 
УДК 621.454.3.07(075.8) 
ББК 39.55                              

 
 
 Калинчев В. А., Ягодников Д. А., 
2011 
 
ISBN 978-5-7038-3475-6 
 Оформление. Издательство 
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011 

К17 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

ПРЕДИСЛОВИЕ .........................................................................................   5 
Список основных сокращений .................................................................   7 
ВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................   9 
1. Базовые направления технологии  ракетного твердотопливного 
двигателестроения ..............................................................................  10 
1.1. Общие вопросы технологии РДТТ ................................................  10 
1.2. Диалектика твердотопливного ракетостроения............................  16 
1.3. Технология твердотопливного двигателестроения ......................  24 
1.4. Конструктивно-технологические особенности РДТТ..................  28 
1.5. Особенности машиностроительного завода .................................  33 
1.6. Технологические процессы ............................................................  39 
1.7. Методика проектирования  технологических процессов ............  44 
1.8. Критерии качества и этапы изготовления РДТТ ..........................  47 
1.9. Технологичность конструкции РДТТ............................................  56 
1.10. Технологическая подготовка производства................................  65 
1.11. Компьютерная автоматизация  технологических процессов.....  68 
2. Конструктивно-технологические особенности применяемых   
материалов.............................................................................................  77 
2.1. Конструкционные металлы и сплавы............................................  79 
2.2. Полимерные материалы..................................................................  94 
  
2.4. Композиционные материалы........................................................  114 
2.4.1. Высокопрочные конструкционные ПКМ..............................   115 
2.4.2. Препреги.....................................................................................   142 
2.4.3. Характеристики ПКМ...............................................................   152 
2.4.4. Комбинированные металлокомпозитные конструкции.......   159 
2.5. Армированные металлические КМ..............................................  179 
2.6. Армированные керамические КМ ...............................................  183 
2.7. Абляционные материалы..............................................................  190 
2.8. Теплоизоляторы.............................................................................  204 
2.9. Эрозионно-стойкие материалы ....................................................  218 
2.10. Эксплуатационные особенности  конструкционных ПКМ .....  220 
3. Технологии формообразования элементов  конструкции РДТТ.....   256 
3.1. Литье...............................................................................................  257 
3.2. Пластическое деформирование....................................................  261 
3.2.1. Холодное деформирование......................................................   265 
3.2.2. Горячее деформирование.........................................................   265 
3.2.3. Особенности литья и деформирование активных металлов   273 
3.3. Механическая обработка ..............................................................  276 
3.3.1. Оборудование и инструментальные материалы...................   277 

Оглавление 
————————————————————————————————— 
4 

3.3.2. Режущие инструменты.............................................................   295 
3.3.3. Технология резания материалов .............................................   307 
3.3.4. Особенности обработки материалов ......................................   313 
3.3.5. Пути совершенствования механической обработки ............   344 
3.3.6. Технологический процесс  механической обработки    
фланца ..........................................................................................   355 
3.4. Особенности формообразования деталей  РДТТ из ПКМ.........  358 
3.4.1. Послойная выкладка ................................................................   361 
3.4.2. Термообработка при формовании...........................................   369 
3.4.3. Формование жестких абляторов .............................................   378 
3.4.4. Формование эластичных абляторов .......................................   399 
3.5. Особенности конструирования композиции аблятора...............  418 
3.6. Методы формования заделок .......................................................  431 
4. Специфические методы формообразования ...................................  451 
4.1. Порошковая металлургия .............................................................  451 
4.1.1. Порошковые компоненты и этапы  технологического  
процесса .......................................................................................   453 
4.1.2. Особенности конструкций из углерода..................................   474 
4.1.3. Гранульная и нанометаллургия...............................................   503 
4.2. Плазменное напыление.................................................................  507 
4.2.1. Особенности процесса..............................................................   509 
4.2.2. Технология нанесения покрытия............................................   515 
4.2.3. Напыление покрытия на раструб сопла.................................   528 
4.3. Газофазное осаждение ..................................................................  530 
4.3.1. Технология получения пировольфрамового вкладыша.......   533 
4.3.2. Технология изготовления пирографитового вкладыша.......   538 
4.3.3. Технология изготовления пироуплотненного УУКМ .........   540 
4.4. Основы технологии намотки........................................................  542 
4.4.1. Станки и технологическая оснастка.......................................   545 
4.4.2. Технология изготовления оправок..........................................   565 
4.4.3. Структура намотанных ПКМ..................................................   585 
4.4.4. Особенности технологии намотки..........................................   599 
4.4.5. Технологический процесс намотки  органопластикового 
кокона...........................................................................................   626 
4.4.6. Особенности проектирования  технологического процесса..   629 
4.5. Фильтрационное осаждение.........................................................  639 
4.6. Сверхзвуковое газопламенное напыление ..................................  651 
4.7. Раскрой и резка заготовок.............................................................  655 
4.7.1. Резка ножницами и на станках................................................   655 
4.7.2. Физико-химические методы обработки.................................   667 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................  683 
ЛИТЕРАТУРА..........................................................................................  684 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Каким бы оптимальным ни было конструкторско-технологическое решение детали или отдельной сборочной единицы, надежность и эксплуатационная технологичность изделия в целом будут 
определяться реальной возможностью воплощения замысла разработчиков в действующий образец. 
Наблюдаемое в течение последних 50 лет прогрессирующее и 
эффективное применение ракетных двигателей твердого топлива 
(РДТТ) в изделиях ракетно-космической техники (РКТ) во многом 
обусловлено инновационным развитием технологии производства 
РДТТ. В ряде случаев успехи технологии обеспечили появление 
уникальных конструкторских решений и достижение предельных 
эксплуатационных характеристик этих двигателей. 
Технология производства РДТТ для межконтинентальных 
баллистических ракет (МБР) возникла не на пустом месте. Безусловно, были использованы фундаментальный опыт создания первоклассных отечественных систем залпового огня и информация о 
подобных работах за рубежом [1]. Базой для возрождения твердотопливного ракетостроения послужили успехи в технологиях тяжелой, химической, авиационной и приборостроительной отраслях 
промышленности. Тем не менее, применяя пионерские методы и 
получая не имеющие мировых аналогов результаты как в конструировании, так и в технологии, при разработке новой техники 
пришлось решать иные задачи. 
Новой отрасли потребовались высококвалифицированные кадры для НИИ и КБ, опытного и серийного производств. Большую 
роль в их подготовке сыграли ведущие научно-педагогические 
школы, сформировавшиеся в МГТУ им. Н.Э. Баумана, МАИ, КАИ, 
Санктпетербургском военно-механическом, технических вузах 
Днепропетровска, Ижевска, Перми и др. Характерный показатель 
становления отрасли — издание литературы по этой тематике. 
Обратим внимание на то, что большинство учебников и учебных пособий по РДТТ, как и по жидкостным ракетным двигателям 

Предисловие 
————————————————————————————————— 
6 

(ЖРД), посвящено конструированию, проектированию, исследованию рабочих процессов [2—11]. Вопросы технологии затронуты 
лишь в некоторых работах [12—19]. Одним из объяснений служит 
использование в учебном процессе литературы по технологиям 
авиационно-космического машиностроения [20—22], производству ЖРД [23—25], внеотраслевой работе со специфичными материалами [26—28] и по отдельным проблемам [29—31]. Здесь наглядно проявляется взаимосвязь и преемственность технологии 
ракетно-космического машиностроения (РКМ) [32—34] с богатейшей научно-технологической базой других отраслей промышленности [35—37]. 
Данная взаимосвязь легко прослеживается и в предлагаемом 
учебном пособии, поскольку оно содержит разделы не только по 
технологии производства РДТТ, но и технологиям двойного применения. Это относится и к общим вопросам технологии как науки, к организации производственной системы на машиностроительном предприятии, некоторым технологическим процессам, а 
также современным информационным технологиям. 
Учитывая ограниченное количество литературы по технологии изготовления РДТТ, авторы надеются, что данное пособие дополнит имеющуюся библиографию ракетного двигателестроения, 
в частности твердотопливного, и будет востребовано обучающимися по разным образовательным программам направлений подготовки бакалавров, магистров и специалистов.  
Авторы выражают признательность рецензентам — заместителю генерального конструктора ФГУП МИТ, лауреату Государственной премии, заслуженному создателю космической техники, 
кандидату технических наук В.И. Гребенкину и заместителю генерального конструктора — главному технологу ФГУП «Московский институт теплотехники» С.В. Челышеву.  
Авторы благодарны за помощь в оформлении рукописи инженеру О.А. Зайцевой, доценту Г.А. Орлову и всем, кто помогал при 
издании пособия. 

Список основных сокращений 

АРДС  — аргонодуговая сварка 
АСУ  
— автоматизированная система управления 
БРПЛ  — баллистические ракеты подводных лодок 
ВВС  
— военно-воздушные силы 
ВМФ  — военно-морской флот 
ГИ  
— государственные испытания 
ГФО  
— газофазное осаждение 
ДУЗ  
— детонирующий удлиненный заряд 
ЖРД  
— жидкостный ракетный двигатель 
ИМД  — импульсные методы деформирования 
КВО  
— круговое вероятное отклонение 
КД  
— конструкторская документация 
ККМ  — керамические композиционные материалы 
КЛА  
— космический летательный аппарат  
КМ  
— композиционные материалы 
КМС  — коэффициент массового совершенства 
КТР  
— конструкторско-технологические решения 
ЛКИ  
— летно-конструкторские испытания 
ЛС  
— лазерная сварка 
МБР  
— межконтинентальная баллистическая ракета 
МВИ  — межведомственные испытания 
МКМ  — металлические композиционные материалы 
МПС  — микроплазменная сварка 
НИР  
— научно-исследовательская работа 
ОКР  
— опытно-конструкторская работа 
ОСВ  
— ограничение стратегических вооружений 
ОСИ  
— огневые стендовые испытания 
ОТКИ  — отработка технологичности конструкции изделия  
ПКМ  — полимерные композиционные материалы 
ППН  — продольно-поперечная намотка 
ПТН  
— прямая тканевая намотка 
РВСН  — ракетные войска стратегического назначения 
РДТТ  — ракетный двигатель твердого топлива 

Список основных сокращений 
————————————————————————————————— 
8 

РКТ 
— ракетно-космическая техника 
РСМД  — ракеты средней и меньшей дальности 
СН  
— спиральная намотка 
СТО  
— средства технологического оснащения 
СТС  
— сложная техническая система 
ТБ  
— тяжелые бомбардировщики 
ТЗМ 
— теплозащитный материал 
ТИМ  — теплоизоляционные материалы 
ТКИ  
— технологичность конструкции изделия 
ТП 
— технологический процесс 
ТПП  
— технологическая подготовка производства 
ТТ  
— твердое топливо 
ТТР  
— твердотопливная ракета 
ТТТ  
— тактико-технические требования 
ТТХ  
— тактико-технические характеристики 
ФХМ  — физико-химические методы 
ШВ  
— штамповка взрывом 
ЭЛС  
— электронно-лучевая сварка 
 

ВВЕДЕНИЕ 

 
ХХ век явил миру блистательные примеры создания и применения разнообразных изделий в машино- и приборостроении, особенно 
военного назначения. Основным средством доставки полезной нагрузки к цели была выбрана ракета как энергетическая установка, 
преобразующая химическую энергию жидкого или твердого топлива 
в кинетическую энергию собственного движения. 
Жидкостные и твердотопливные ракетные двигатели в своем 
развитии сменили несколько поколений, отразивших динамику 
конструкторско-технологических решений (КТР). Их развитие связано с научно-техническими достижениями страны и носит общенациональный характер. Анализ истории ракетостроения учит 
многому. 
Подготовка специалистов в области ракетного двигателестроения началась в МВТУ им. Н.Э. Баумана в 1948 г. (приказ 
МВО СССР № 122 от 26.01.1948 г.). 
Технологическую подготовку инженеров ракетных специальностей осуществляет кафедра «Технология ракетно-космического 
машиностроения», которая ориентируется на постоянную конструкторско-технологическую практику в течение всего периода 
обучения в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Такой подход адекватен новым запросам предприятий оборонных отраслей, нуждающихся в 
специалистах, комплексно решающих задачи конструирования 
изделий высокого уровня технологичности с применением прогрессивных унифицированных технологических решений для 
обеспечения высокой эксплуатационной надежности конструкции.  

1. Базовые направления технологии  
ракетного твердотопливного двигателестроения 

1.1. Общие вопросы технологии РДТТ 

После Второй мировой войны в СССР интенсивное развитие 
по ряду причин получили жидкостные ракеты (ЖР). Однако в 
1950—1960-е годы резко возросло применение крупногабаритных 
твердотопливных ракет (ТТР). Успехи в этой области способствовали использованию твердого топлива не только для малых двигателей, но и для маршевых ступеней ракет-носителей (РН), где они 
составили конкуренцию ракетам на жидком топливе. 
Дальнейшее развитие РДТТ весьма перспективно вследствие 
достоинств, которыми обладают эти конструкции. 
1. Постоянная боеготовность ТТР и простота запуска на стартовой позиции (твердое топливо введено в них в процессе производства на снаряжательном заводе, его воспламенение осуществляется разнообразными пиротехническими средствами). Простота 
обслуживания ТТР позволяет реализовать высокую оперативность 
ведения огня. Время предстартовой подготовки пуска — примерно 
30 с. 
2. Простота конструкции РДТТ: 
 отсутствие вращающихся агрегатов типа газовой турбины и 
гидравлического насоса, клапанов и других элементов гидропневмоавтоматики, а также систем регенеративного и завесного охлаждения стенки, смешения и распыления компонентов охлаждения; 
 подвижные части элементов конструкции практически сведены только к органу управления вектором тяги, число регулируемых устройств минимально; 
 требования по нормам герметичности корпуса упрощены и 
обеспечены условиями серийного производства; 
 технические средства оснащения, хранения и эксплуатации 
просты и сводятся к регламентным проверкам в течение гарантийного срока.