Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 217 Mã bài: 45
Nghiên cứu công nghệ chế tạo loa phụt động cơ phản lực nhiên
liệu rắn từ bột molybden
Research of technological processes used in fabricating nozzles of solid-
fuel expulsion motor from molybdenum powder
Trần Ngọc Thanh, Quản Thanh Bình, Sái Mạnh Thắng, Vũ Tùng Lâm
Viện Cơ điện tử/Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự
e-Mail:
Tóm tắt
Bài báo đã chỉ ra các yêu cầu kỹ thuật và các qui trình công nghệ cơ bản sử dụng để chế tạo loa phụt động
cơ phản lực nhiên liệu rắn. Trên cơ sở các yêu cầu cơ bản đối với loa phụt của một loại động cơ phản lực nhiên
liệu rắn, đã đưa ra qui trình công nghệ chế tạo một loại loa phụt từ bột kim loại khó chảy molybden. Các kết
quả thử nghiệm đã chứng minh loa phụt được chế tạo theo qui trình hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu được đặt
ra.
Abstract:
Technical requirements and basic technological processes in fabricating nozzles of solid-fuel expulsion
motor are presented in this paper. Based on basic requirements for nozzles of solid-fuel expulsion motor,
technological processes in fabricating a type of nozzles from hard molten molybdenum metal are put forward.
Test results prove that fabricated nozzles according to these processes fully meet the requirements. 1. Phần mở đầu
Loa phụt của động cơ phản lực nhiên liệu rắn là
một ống tăng tốc liên tục (ống Lavan) dòng khí
sản phẩm cháy trong buồng đốt để tạo ra lực đẩy.
Dòng khí cháy phụt qua loa phụt có nhiệt độ rất
cao (2000-3000
0

động cơ. Vì vậy hoạt động của thiết bị bay sẽ
không ổn định, không đạt được yêu cầu kỹ thuật
đặt ra.
Một vấn đề khác cần xem xét là tốc độ thay đổi
nhiệt độ của luồng khí phụt ra cực nhanh. Theo
[4] nhiệt độ tối đa của luồng khí đạt được chỉ trong
1/1000s sau khi nhiên liệu được đốt cháy. Khi
nhiệt độ của dòng khí tăng rất nhanh, sự cân bằng
nhiệt độ trong toàn loa phụt không theo kịp tạo ra
sự chênh lệch nhiệt độ lớn trong các vùng khác
nhau của loa phụt. Tại các vùng nhiệt độ khác
nhau có sự giãn nở nhiệt khác nhau do vậy ứng
suất phân bố không đều trong khối vật liệu của loa
phụt. Nếu sự chênh lệch ứng suất vượt quá giới
hạn bền của vật liệu, loa phụt sẽ bị phá hủy.
Với các điều kiện đó, vật liệu sử dụng để chế tạo
loa phụt cần có các tính chất sau [1], [2]:
 Độ bền nhiệt cao: vật liệu chế tạo phải có
độ bền nhiệt rất cao để đảm bảo loa phụt
không bị biến dạng và phá huỷ trong một
thời gian dài ở nhiệt độ cao;
 Khả năng chịu sốc nhiệt tốt: loa phụt
không bị phá huỷ do sự tăng đột ngột nhiệt
độ của dòng khí cháy;
 Chịu được áp suất cao của dòng khí, sự va
đập mạnh của các hạt không bị đốt cháy
hoàn toàn trong nhiên liệu;
 Độ ổn định tốt: vật liệu có thể chống lại sự
ăn mòn hoá học của dòng khí với bề mặt
loa phụt;

sau:
 Nhóm vật liệu để chế tạo lớp lót tại phần
tiết diện tới hạn của loa phụt. Chi tiết này
có vai trò đặc biệt quan trọng do phải bảo
đảm biên dạng đã thiết kế của loa phụt
trong điều kiện khắc nghiệt nhất của dòng
khí cháy động cơ;
 Nhóm vật liệu chống xói mòn dùng để tạo
hình loa phụt trên các phần chịu ứng suất
thấp hơn (cửa vào, cửa thoát loa phụt);
 Nhóm vật liệu bảo vệ nhiệt (cao su, nhựa).
Các vật liệu này bảo vệ các chi tiết chịu
lực trong khối loa phụt;
 Nhóm vật liệu chịu lực: thép, hợp kim
titan, hợp kim nhôm, để chế tạo các chi tiết
chịu lực (vỏ chịu lực).
Trên hình 1 mô tả kết cấu và vật liệu chế tạo của
một loại loa phụt động cơ phản lực nhiên liệu rắn
[5]. Trên hình 2 mô tả kế cấu thực của một loại loa
phụt động cơ phản lực nhiên liệu rắn cỡ nhỏ.

H. 1 Kết cấu loa phụt động cơ phản lực nhiên
liệu rắn “Standart”: 1- cửa vào bền nhiệt
từ compozit nền polime cốt sợi cacbon; 2-
vỏ chịu lực bằng thép; 3- vành chống xói
mòn từ compozit nền polime cốt sợi cacbon;
4- lớp lót từ kim loại volfram; 5- vòng grafit
“ẠT-S”; 6- cửa thoát từ compozit nền
polime cốt sợi cacbon.


molybden cỡ hạt 40-60m, có thành phần hóa học
cho trong bảng 1.

H. 4 Lớp lót cần chế tạo của loa phụt động cơ
phản lực nhiên liệu rắn từ kim loại
molybden.
Bảng 1. Thành phần bột nguyên liệu molybden.
Tên
mẫu
Hàm lượng % (khối lượng)
Si P Fe Al Mg Ca Mo
Mẫu
bột
0,002

0,001

0,006

0,002

0,003

0,02

99,972. Quá trình thực nghiệm chế tạo
Quá trình thực nghiệm chế tạo loa phụt từ bột kim


VCM2012
Sử dụng phương pháp ép hai chày có đảo chiều ép,
để đạt mật độ bột đồng đều trên toàn bộ phôi ép.
Biểu đồ lực ép được chỉ ra trên hình 8. Lực ép
được duy trì ổn định tại 2,4 tấn, tương ứng với áp
suất 2.17 tấn/cm
2
. Thời gian giữ lực ép lớn nhất
trong khoảng 6-8 phút.

H. 8 Giản đồ ép phôi.
Mẫu sau khi ép được sấy ở nhiệt độ trong khoảng
100- 150
0
C nhằm loại bỏ hoàn toàn hơi ẩm, xăng
và đồng thời loại bỏ một phần ứng suất dư. Thời
gian sấy mẫu từ 7-8h. Tại vùng nhiệt độ sấy,
parafin bị chảy lỏng sẽ điền vào các lỗ xốp, khử bỏ
ứng suất và làm kết dính tốt hơn giữa các hạt bột
với nhau giúp cho phôi sau sấy cứng chắc hơn.
Quá trình thiêu kết sơ bộ được thực hiện đến nhiệt
độ 1200
0
C, trong môi trường có khí trơ bảo vệ.
Mục đích của quá trình thiêu kết sơ bộ là để loại
bỏ chất bôi trơn, kết dính (parafin) và kết dính một
phần các hạt bột kim loại với nhau. Trong quá
trình thiêu kết sơ bộ, nhiệt độ của mẫu tăng dần.
Tại vùng nhiệt độ 300-400

môi trường khí argon bảo vệ, với áp suất dư từ
0,05- 0,15 atm để chống lọt không khí từ ngoài
vào và ngăn ngừa phôi bị ôxy hoá. Tải trọng lực
tác dụng lên điện cực ép tăng từ 8 - 15 kG. Nhiệt
độ thiêu kết kết thúc trong khoảng 2000-2200
0
C.
Chế độ điện – nhiệt của thiết bị khi tiến hành thiêu
kết nhiệt độ cao được cho trong bảng 2.

Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 221 Mã bài: 45
Bảng 2. Chế độ điện – nhiệt thiêu kết nhiêt độ cao.
Điện
áp
thứ
cấp
(V)
Dòng
điện nung
(A)
Công
suất
thứ
cấp
(W)
Nhiệt độ
(

Tiến hành khảo sát một số chỉ tiêu cơ tính của mẫu
sau thiêu kết nhiệt độ cao bằng các phương pháp:
cân thủy tĩnh đo tỷ trọng; phương pháp hiển vi
quang học khảo sát tổ chức tế vi; phương pháp đô
độ cứng tế vi.
Từ các mẫu đã được thiêu kết nhiệt độ cao, tiến
hành gia công cơ khí chế tạo lớp lót loa phụt đạt
kích thước như hình 4.
2.2. Qúa trình thử nghiệm
Các mẫu lớp lót loa phụt đã chế tạo được lắp ráp
để tiến hành thử nghiệm trên các động cơ mẫu
(xem hình 12). Đây là các động cơ sử dụng nhiên
liệu rắn có nhiệt độ sản phẩm cháy t 2500
0
C,
thời gian làm việc 27s, áp suất buồng đốt khoảng
50100 kG/cm
2
. Quá trình thử nghiệm được thực
hiện trên giá thử tĩnh như mô tả trên hình 13.

H. 12 Động cơ mẫu thử nghiệm loa phụt có lớp lót
chế tạo từ bột molybden: 1-thân vỏ động cơ
mẫu, 2-nhiên liệu rắn, 3-loa phụt. H. 13 Thử nghiệm lớp lót loa phụt động cơ phản
lực nhiên liệu rắn được chế tạo từ bột
molybden.
Để đánh giá khả năng làm việc của lớp lót loa phụt

phôi co ngót theo hướng kính giảm và có xu
hướng phình tang trống. Sự thay đổi kích thước,
khối lượng và tỷ trọng đạt được của mẫu sau thiêu
kết nhiệt độ cao được trình bày trong bảng 4. Sau
thiêu kết nhiệt độ cao, khối lượng mẫu giảm 2,2%.
Tỷ trọng mẫu sau thiêu kết nhiệt độ cao trong
khoảng 8,5-9,8 g/cm
3
, tương ứng với 83-96% mật
độ lý thuyết của kim loại molybden. 222 Trần Ngọc Thanh, Quản Thanh Bình, Sái Mạnh Thắng, Vũ Tùng Lâm VCM2012
Bảng 3. Thay đổi kích thước mẫu sau thiêu kết sơ
bộ.
Mẫu

Khối
lượng bột
( g )
Kích thước
sau ép*,
(mm)
Kích thước
sau thiêu kết
sơ bộ*,
(mm)

(mm)
Khối
lượng
sau
thiêu
kết
nhiệt
độ
cao,
(g)
Kích thước
sau thiêu
kết nhiệt
độ cao,
(mm)
Tỷ
trọng, (g/cm
3

5 8,8
11,9x15,6

8,6
11,1x11,5

9,5
6 8,9
12,1x15,3

8,8
11,6x11,2

9,8
Tổ chức tế vi của mẫu kim loại molybden thu
được sau thiêu kết nhiệt độ cao được mô tả trên
hình 14. Các hạt trong mẫu có dạng cầu đều. Độ
hạt thu được của các mẫu đạt khoảng cấp 8-9 theo
tiêu chuẩn ASTM. Các tạp chất, lỗ xốp được phân
bố khá đồng đều trên biên giới hạt. Để hàm lượng
rỗ xốp giảm và tăng mức độ phân bố đồng đều
trong toàn bộ thể tích khối kim loại, cần tiến hành
các phương pháp gia công biến dạng, hoặc các
phương pháp cơ nhiệt luyện đặc biệt [5]. Độ cứng
tế vi trung bình của mẫu đạt 103,5HV (xem bảng
5).
Các mẫu sau thiêu kết nhiệt độ cao được tiến hành
gia công cơ để nhận được các mẫu lớp lót loa phụt
đáp ứng các yêu cầu kích thước. Các đồ thị áp suất
buồng đốt và lực đẩy động cơ mẫu khi thử nghiệm

118 111,9
3 79,7 95,9 75,3 83,6
4 108 115 110,
3
111,1
Trung bình 103,5 H. 15 Đồ thị áp suất buồng đốt động cơ mẫu tạo
ra khi thử nghiệm lớp lót loa phụt từ
molybden.
Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 223 Mã bài: 45

H. 16 Đồ thị lực đẩy động cơ mẫu tạo ra khi thử
nghiệm lớp lót loa phụt từ molybden.

Bảng 6. Đường kính tiết diện tới hạn loa phụt.
Thứ tự
thí
nghiệm

Loa
phụt số
Đường kính
loa phụt
trước khi
thử nghiệm

thiết kế chế tạo loa phụt động cơ phản lực. Lựa
chọn nghiên cứu thành công một trong các vật liệu
và công nghệ phù hợp với khả năng trang thiêt bị
hiện có trong nước và đáp ứng được yêu cầu kỹ
thuật của loa phụt động cơ phản lực nhiên liệu rắn
cần chế tạo là một vấn đề quan trọng hiện nay.
Theo công nghệ luyện kim bột cho phép chế tạo
được lớp lót loa phụt của một loại động cơ phản
lực nhiên liệu rắn từ bột kim loại molybden. Các
thử nghiệm đã chứng minh loa phụt được chế tạo
bảo đảm đẩy đủ các yêu cầu kỹ thuật đặt ra.
Với loa phụt được chế tạo theo công nghệ được đề
xuất, động cơ đã làm việc bình thường trong
khoảng thời gian 23-25s, áp suất buồng đốt động
cơ ổn định đạt 51-53kG/cm
2
, lực đẩy trung bình
đạt 10kG.

Tài liệu tham khảo
[1] Quản Thanh Bình, Trần Ngọc Thanh, Phan
Mạnh Trúc,…Báo cáo đề tài khoa học công
nghệ: “Nghiên cứu xác định một phương án vật
liệu chế tạo loa phụt của động cơ phản lực
nhiên liệu rắn cỡ nhỏ”, Năm 2001.
[2] Trần Ngọc Thanh, Nguyễn Văn Chúc, Quản
Thanh Bình: “Vật liệu và công nghệ chế tạo loa
phụt động cơ phản lực nhiên liệu rắn”, Thông
tin Khoa học Quân sự. Chuyên đề Công nghệ
thiết bị bay, Số 1/11.2003.

Trường Đại học cơ điện Bắc Thái. Năm 2000 ông
nhận bằng Thạc sỹ kỹ thuật về Công nghệ chế tạo
224 Trần Ngọc Thanh, Quản Thanh Bình, Sái Mạnh Thắng, Vũ Tùng Lâm VCM2012
máy của Trường Đại học Kỹ
thuật Lê Quí Đôn. Hiện nay
ông là chuyên gia trong lĩnh
vực công nghệ đặc thù và kỹ
thuật đo tại Viện Cơ điện tử -
Viện Khoa học và Công nghệ
Quân sự.

Sái Mạnh Thắng sinh năm
1977. Anh nhận bằng thạc sỹ
Kỹ thuật vật liệu của trường
Đại học Bách Khoa Hà Nội
(HUST) năm 2008. Từ năm
2003 anh làm công tác nghiên
cứu tại Viện Cơ điện tử- Viện
Khoa học & Công nghệ Quân
sự. Năm 2010 bắt đầu làm nghiên cứu sinh tại
trường Đại học Bách Khoa Hà Nội (HUST)
chuyên ngành Công nghệ vật liệu vô cơ. Hướng
nghiên cứu chính là vật liệu kim loại.

Vũ Tùng Lâm sinh năm 1979.
Anh nhận bằng kỹ sư cơ khí
năm 2003 và bằng bằng thạc sĩ