固体火箭发动机结构PPT课件

固体火箭发动机固体火箭发动机定义与原理固体火箭发动机为使用固体推进剂的化学火箭发动机。

固体推进剂点燃后在燃烧室中燃烧，化学能转换为热能，生成高温高压的燃烧产物。

燃烧产物流经喷管，在其中膨胀加速，热能转变为动能，以极高的速度从喷管排出而产生推力。

固体推进剂有聚氨酯、聚丁二烯、端羟基聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等。

固体火箭发动机组成固体火箭发动机由药柱、燃烧室、喷管组件和点火装置等组成。

药柱是由推进剂与少量添加剂制成的中空圆柱体（中空部分为燃烧面，其横截面形状有圆形、星形等）。

药柱置于燃烧室（一般即为发动机壳体）中。

在推进剂燃烧时，燃烧室须承受2500～3500度的高温和102～2×107帕的高压力，所以须用高强度合金钢、钛合金或复合材料制造，并在药柱与燃烧内壁间装备隔热衬。

点火装置用于点燃药柱，通常由电发火管和火药盒（装黑火药或烟火剂）组成。

通电后由电热丝点燃黑火药，再由黑火药点火燃药拄。

喷管除使燃气膨胀加速产生推力外，为了控制推力方向，常与推力向量控制系统组成喷管组件。

该系统能改变燃气喷射角度，从而实现推力方向的改变。

药柱燃烧完毕，发动机便停止工作。

固体火箭发动机的优缺点分析及适用范围固体火箭发动机与液体火箭发动机相比较，具有结构简单，推进剂密度大，推进剂可以储存在燃烧到中常备待用和操纵方便可靠等优点。

缺点是“比冲”小（也叫比推力，是发动机推力与每秒消耗推进剂重量的比值，单位为秒）。

固体火箭发动机比冲在250～300秒，工作时间短，加速度大导致推力不易控制，重复起动困难，从而不利于载人飞行。

固体火箭发动机主要用作火箭弹、导弹和探空火箭的发动机，以及航天器发射和飞机起飞的助推发动机。

固体火箭发动机的关键设计固体火箭发动机药柱燃烧过程中燃面面积的精确计算在固体火箭发动机设计中一直占有重要地位，国内外学者对此也提出了很多计算方法，像通用坐标法、有限元素法和边界坐标法等，但这些方法基本都是数值法，其输入复杂，无法显示燃烧过程中燃面的精确变化，计算精度不高且容易产生燃面波动。

单基固体火箭发动机是一种使用单基推进剂的化学火箭发动机。

单基推进剂由燃料、氧化剂和其他添加剂组成的固态混合物。

由于其成分和制作工艺的特殊性，单基推进剂具有较高的燃烧效率和能量水平，因此被广泛应用于火箭发动机中。

单基固体火箭发动机由燃烧室、喷管和点火装置等组成。

在发动机工作时，单基推进剂在燃烧室内点燃后迅速燃烧，产生高温高压的燃气。

燃气经过喷管加速后以高速排出，产生推力。

由于单基推进剂的燃烧速度较慢，因此发动机的燃烧室和喷管设计需要更加精确和优化，以确保燃气的高效流动和排出的顺畅。

此外，单基固体火箭发动机也有一些优点。

首先，它的结构简单，易于维护和操作。

其次，由于单基推进剂的燃烧温度较低，发动机的寿命较长，可靠性较高。

最后，由于其推进剂是固态的，因此不需要加压或输送管线，使得发动机的重量较轻。

然而，单基固体火箭发动机也有一些缺点。

首先，其推进剂燃烧速度较慢，可能导致发动机的燃烧效率和推力较低。

其次，单基推进剂的能量水平相对较低，可能无法满足某些高能要求的应用场景。

最后，由于单基推进剂中包含一些有毒成分，因此在生产和处理过程中需要采取一定的安全措施。

总的来说，单基固体火箭发动机是一种具有优缺点、适用于特定应用场景的化学火箭发动机。

固体火箭发动机的结构设计首先是推进剂。

固体火箭发动机的推进剂一般采用固态燃料，其中主要成分是氧化剂和燃料。

氧化剂常用的有硝酸铵（AN）和高氯酸铵（HTPB），燃料常用的有铝粉、甲醇和己烷等。

推进剂的选择应根据任务需求和性能要求进行，并考虑安全性、稳定性和可靠性等因素。

其次是燃烧室。

燃烧室是推进剂燃烧的空间，它的设计需要考虑燃烧效率、压力和温度等因素。

燃烧室一般采用圆柱形，其内壁通常采用耐高温和耐腐蚀的材料，例如不锈钢或陶瓷材料，以保证燃烧室的工作寿命。

然后是喷管。

喷管是固体火箭发动机排放高温高压燃气的出口，其结构设计对于发动机的推力性能和效率影响较大。

喷管一般采用膨胀马赫数为2-3的衔接形状，以提高燃气的出口速度。

喷管的材料需要具有耐高温和耐腐蚀性能，并且需要考虑喷管的冷却问题，常见的冷却方式有内冷却和外冷却等。

最后是推进剂注入装置。

推进剂注入装置主要负责将推进剂输送到燃烧室中进行燃烧。

注入装置一般由推进剂储存器、进气阀门、控制系统等组成。

在设计时需要考虑推进剂的供给能力、工作可靠性和安全性等因素，并配备相应的控制系统，确保推进剂在燃烧室中的喷射量和速度的准确控制。

除了上述几个关键部分，固体火箭发动机的结构设计还需考虑整体的重量、尺寸和结构强度等因素。

例如，为了减轻整机重量，可以采用轻质材料制造发动机壳体，同时提高材料的强度；为了提高结构强度和耐振性能，可以采用复合材料或金属层合材料制造壳体，并进行合理的人工振动试验和计算分析。

总的来说，固体火箭发动机的结构设计需要综合考虑推进剂的选择、燃烧室、喷管以及推进剂注入装置等关键部分，以实现火箭的高效推力、稳定燃烧和可靠使用。

同时，还需要考虑发动机的重量、尺寸和结构强度等因素，以提高整体性能和安全性。

在实际应用中，还需要根据具体任务需求进行细化设计和实验验证。

固体火箭发动机设计-火箭发动机设计图固体火箭发动机设计-火箭发动机设计图第1章绪论1.1设计背景固体火箭发动机与液体火箭发动机和其他化学能火箭发动机相比，具有很多的优点，因而它被广泛用作各类小型、近程的军用火箭和战术导弹的动力装置。

近几十年来，由于高能推进剂的出现，先进的装药设计和大型药柱浇注工艺的采用，优异的壳体材料和耐烧蚀材料的问世，以及高效而可靠推力矢量控制装置的研制成功，已在很大程度上克服了固体火箭发动机的缺点，更由于其结构简单，使它在竞争中显示更加优势的地位。

目前，固体火箭发动机除了用于军事用途外，也用于其他的很多方向。

研制和使用新型的高能推进剂，进一步提高推进剂的综合性能，发展无烟推进剂是火箭推进技术主要的研究和发展方向。

总之，随着固体推进技术在航天领域和导弹技术中应用不断发展，会有更多的新课题出现，许多技术问题有待开发。

所以，对固体火箭发动机的研究有十分重要的意思。

1.2固体火箭发动机简介1.2.1 固体火箭发动机基本结构固体火箭发动机主要由固体推进剂、燃烧室、喷管和点火装置等四大部分组成。

图1.1为固体火箭发动机示意图。

1、推进剂装药固体火箭发动机设计-火箭发动机设计图装药是装入燃烧室中的具有一定形状和尺寸的推进剂药柱的总称，它是固体火箭发动机的能源。

由于装药的燃烧，化学能转化为动能，并且向外做工功，从而推动发动机的运动。

常用的固体推进剂有三类：双基推进剂、复合推进剂和改性双基推进剂。

固体推进剂包含有燃烧剂和氧化剂，它自身能够形成封闭的化学反应系统。

2、燃烧室燃烧室里面装载了固体推进剂，是发生化学反应的场所。

它主要由起支承作用的燃烧室壳体和起热防护作用的内绝热层组成，而燃烧室壳体一般由筒体和前后封头组成。

大部分燃烧室都制作成圆柱形，他是主要的受力场所。

燃烧室材料大多采用强度很高的材料，也有采用玻璃纤维缠绕加树脂成型的玻璃钢结构，以大幅度减轻燃烧室壳体的重量。

1——药柱；2——燃烧室；3——喷管；4——点火装置。

详解固体火箭发动机控制了太空，谁就控制了地球！谁控制了太空，谁就控制了未来！固体火箭发动机属于化学火箭发动机，用固态物质（能源和工质）作为推进剂。

固体推进剂点燃后在燃烧室中燃烧，产生高温高压的燃气，即把化学能转化为热能；燃气经喷管膨胀加速，热能转化为动能，以极高的速度从喷管排出从而产生推力推动导弹向前飞行。

固体火箭发动机主要由壳体、固体推进剂、喷管组件、点火装置等四部分组成，其中固体推进剂配方及成型工艺、喷管设计及采用材料与制造工艺、壳体材料及制造工艺是最为关键的环节，直接影响固体发动机的性能。

固体推进剂配方各种组分的混合物可以用压伸成型工艺预制成药柱再装填到壳体内，也可以直接在壳体内进行贴壁浇铸。

壳体直接用作燃烧室。

喷管用于超音速排出燃气，产生推力；喷管组件还要有推力矢量控制（TVC）系统来控制导弹的飞行姿势。

点火装置在点火指令控制下解除安全保险并点燃发火药产生高温高压火焰用于点燃壳体内的推进剂。

固体发动机的水平与复合材料工业和高分子化学材料工业的科技水平密不可分，可以说是一个国家科技水平的缩影。

固体火箭发动机结构图（潜入式全轴柔性摆动喷管）中、远程以上的固体弹道导弹通常由两级以上火箭发动机和前端系统（包括仪器舱、弹头、整流罩等）构成。

为了给弹头提供较为精确的关机点速度，有些末级固体发动机（如美国的民兵3导弹的第三级和我国巨浪-1的第二级）的前封头装有推力终止装置，接到关机指令，推力终止孔打开进行反向喷射，燃烧室迅速泄压，火焰熄灭，推力也就终止了，同时反向喷射提供了末级分离的推力；先进的弹道导弹（如美国的三叉戟C4/D5，法国的M4/M45/M51）则采用优化控制飞行弹道和姿势（即所谓能量管理）使推进剂耗尽关机的方法。

分导式多弹头（MIRV）导弹除多个主级发动机外还有一个末助推级（PBV，又称弹头母舱，由姿控系统、仪器舱及弹头支承/释放平台构成，一些先进单弹头导弹也有PBV），姿控发动机精确调整速度和姿势并逐个投放多弹头和诱饵对多个目标实施打击。