某固体火箭发动机用电点火具装药结构设计

某微型脉冲发动机设计与性能研究
微型脉冲发动机是一种输出总冲大、作用时间短、推力一致性好的微小型发动机,主要应用于低成本弹药的姿态控制,实现简易的弹道修正,以便提高弹丸的精度。

本文中微型脉冲发动机具有成本低、响应时间快、作用一致性好等特点,能够对中大口径的弹丸进行弹道修正。

在充分调研的基础上,并根据某型火箭弹的要求,设计了输出总冲为15N.s
的微型脉冲发动机,该发动机借鉴火箭发动机的结构,由燃烧室、主装药、喷管、挡药板、点火具、膜片等组成。

为了满足总冲和作用时间的要求,选择燃速快、比冲大的某火箭推进剂作为主装药,该药剂被大量用于单兵火箭系统;为了满足点火延迟时间的要求,点火具采用了一体化的设计,并验收点火具的响应时间和输出压力,确保点火延迟时间一致;为了满足作用时间一致性,控制主装药的结构尺寸和膜片的厚度;为了满足推力要求,设计了不同型号的喷管。

为了测试微型脉冲发动机的推力性能,采用理论分析的方法,设计了推力测试系统,并通过该测试系统对发动机性能进行了测试,试验结果为总冲为
16.75N.s,最大推力1496.8N,作用时间为16.0s,基本满足性能要求。

M E C H A N IC A L P O W E R | 机械动力I带药缠绕技术在固体火箭发动机中的应用舒慧明李宝星王中古呈辉朱佳佳(西安近代化学研究所，陕西西安710065)摘要：文章介绍了带药缠绕固体火箭发动机的基本概念、技术特点和国内外研究及应用情况，并分析了带药缠绕固体火箭发动机研发过程中的关徤技木。

关键词：带药缠绕技木：固体火箭发动机 文献标识码:A中图分类号:TP 181文章编号：2096-4137 (2021) 04-23-03DOI ： 10.13535/j .cnki . 10-1507/n .2021.04.06Application of the filament-wound with solid propellant technology in solid rocket motorSHU Huiming , LI Baoxing , WANG Zhong , GU Chenghui , ZHU Jiajia(Xi'an Modem Chemistry Research Institute, Xi'an 710065, China)Abstract : The basic concept , technical characteristics , research and application at home and abroad of filament-wound with solid propellant in solid rocket motor were introduced in this paper , and the key technologies during researching on the filament-wound with solid propellant in solid rocket motor were analyzed .Keywords : filament-wound with solid propellant technology ; solid rocket motor 发动机在海平面静止条件下所产生的推力与发动机结 构重量之比称为发动机推重比。

固体火箭发动机原理第一章绪论1.1绪论火箭发动机：自身携带燃料和氧化剂的喷气发动机（推进剂燃烧不需要依靠空气中的氧气）吸气发动机：自身只携带燃料，燃烧所需要的氧化剂需要吸收空气中的氧气，吸气发动机只能在大气层中工作。

固体火箭发动机（solid propellant rocket engine）:使用固体推进剂，燃料和氧化剂预先均匀混合液体火箭发动机（liquid propellant rocket engine）:使用液体推进剂（由液态燃料和液态氧化剂组成），常见的有单组元推进剂——肼，以及双组元推进剂——液氢和液氧1.2 固体火箭发动机的基本结构和特点固体火箭发动机的基本结构：固体推进剂装药、燃烧室、喷管、点火装置。

固体火箭发动机的类型：固体、液体、固液混合火箭发动机固体推进剂（是固体火箭发动机的能源和工质）种类：双基、复合、复合改双基推进剂装药方式：自由装填（通常需要挡药板使药柱固定）、贴壁浇注包覆层：用阻燃材料对装药的某些部位进行包覆，以控制燃烧面积变化规律燃烧室（是固体火箭发动机的主体，装药燃烧的工作室）特点：有一定的容积，且对高温高压气体具有承载能力材料：合金钢、铝合金、或玻璃纤维缠绕加树脂成型的玻璃钢结构形状：长圆筒型热防护法：在壳体内表面粘贴绝热层或采用喷涂法喷管（是火箭发动机的能量转换部件）拉瓦尔喷管：由收敛段、喉部、扩张段组成中小型火箭多采用锥形拉瓦尔喷管（收敛段和扩张段均为锥形）大型火箭一般使用特型拉瓦尔喷管（扩张段为双圆弧、抛物线等）喷管基本功能：1.通过控制喷管喉部面积大小以控制排出的燃气质量流率，以控制燃烧室内燃气压强2.利用先收敛后扩张的喷管结构使燃气由亚声速加速到超声速喉部材料：（喷喉处工作环境恶劣，常发生烧蚀或沉积现象），需采用耐高温耐冲刷的材料，石墨、钨渗铜等点火装置（提供足够的热量和建立一定的点火压强，使装药的全部燃烧表面瞬时点燃，尽早进入稳态燃烧）组成：电发火管+点火剂（烟火剂或黑火药）或点火发动机（尺寸较大的装药）固体火箭发动机的特点：优点：1.结构简单（固体火箭发动机最主要的优点）。

固体火箭发动机静电的产生与防范①刘天儒(中国航天工业总公司四院四十一所, 西安, 710025)摘要论述了固体火箭发动机产生静电的机理,分析了发动机在系统中的电磁环境,同静电起电有关的位臵环境,提出了发动机发生静电激发点火的模式。

以复合材料壳体并装有丁羟推进剂药柱的固体发动机为例,对其静电发火可能性及防范措施作了分析。

按照有关的静电感度标准和试验方法,对发动机壳体、药柱、片状或粉状推进剂和火工品,进行了静电特性的试验。

分析和试验说明,固体火箭发动机在采取了合理的消除静电措施的情况下,是可以避免静电放电着火发生的。

主题词固体推进剂火箭发动机静电固体推进剂前言1静电危害早已受到机电、材料、火工等工业部门的重视。

固体火箭发动机在生产、存贮、运输和使用的每一个环节上,其静电状况特别应该注意研究和防范,因为一旦由静电引发事故,固体火箭发动机内的高能推进剂会可能成为大火能源的主要提供者。

因此,在发生事故的各种原因中,静电放电所占位臵,由静电引发事故的可能性值得认真予以分析。

以便因势利导,杜绝因静电引起固体火箭发动机引发着火。

静电可以理解为分布在电介质表面或电介质体内及绝缘体表面的处于相对稳定状态的电荷,它通常随着带电体一起在空间移动。

某物体得到或向另一物体给出过多的同性电荷的过程,就是起电过程。

相互作用的物体之间的电荷转移,是在接触界面上进行的,或者是由于复杂的理化过程,在接触界面附近进行的,电中性的两个物体相互作用时,从一个物体向另一个物体转移的电荷量是静电起电的量值。

静电放电对航天产品的危害,也是航天专家们十分关注的问题。

由于静电通常发生于电介质材料上, 因此,本研究的重点放在用复合材料制造壳体的固体火箭发动机上。

如在某重大事故调查时,就把复合材料壳体固体发动机静电危害列为事故引发的可能原因之一。

2 固体发动机的电结构2 .1 固体发动机壳体静电的产生,电荷的转移和释放,除了物体间介质的相互作用,还有一个重要因素,就是结构形式或具体结构,也会造成电荷的流动,形成静电积累,导致静电放电。

固体火箭发动机工作原理可以概括为：高压气体驱动燃烧室内固体燃料迅速燃烧，产生高温高压燃气，通过喷管排出，产生反作用力推动火箭发动机壳体做功。

具体的工作原理可以细分为以下几个步骤：1. 装药固化：首先将固体火箭发动机的燃烧室和喷管进行预装药，这些药柱通常是由高分子聚合物基复合材料制成。

随后通过增压的方式使燃烧室和喷管内部达到一定的压力，一般为几百个大气压。

在发动机工作时，这个压力会显著降低。

装药的作用就是在这个压力降低的过程中形成燃烧，使装药迅速固化，形成燃烧产物的骨架，保证燃气的畅通。

2. 点燃延期：紧接着上面步骤之后，点燃火箭发动机的燃烧室。

这时需要一个点火装置点燃火药，使其开始燃烧。

然而，单靠火药自身的燃烧产生的推力无法将整个发动机推动，因此需要一根延迟管。

这根延迟管实际上是一根长度的软管，一头接在燃烧室上，一头接在喷管上。

火药燃烧时产生的气体通过喷管向外喷射，同时通过延迟管将火药燃烧时产生的气体导入喷管，产生向下的推力。

这个过程需要一定的时间，这就是所谓的延期。

3. 燃气排出：当火药燃烧产生的气体通过延迟管进入喷管并达到一定压力时，这个压力会克服喷管周围的压差，推动喷管内的物质向外排出。

同时，由于燃烧室和喷管之间的压力降低，燃烧室内的火药会继续燃烧并产生新的燃气，推动火箭发动机壳体向前运动。

这个过程不断进行，直到火药燃尽或发动机壳体达到预定速度为止。

总的来说，固体火箭发动机的工作原理是基于火药燃烧时产生的气体压力和喷射物反作用力的相互作用，实现了高压气体驱动固体燃料迅速燃烧并产生推力，推动火箭发动机壳体运动的效果。

这种发动机结构简单、可靠性高、反应时间快、可以使用各种可储存推进剂等优点，因此在导弹、军用卫星、太空探测器等军事和民用领域得到了广泛的应用。

《火箭发动机原理》课程教学大纲课程代码：110132307课程英文名称：Solid Rocket Motor课程总学时：32 讲课：32 实验：0 上机：0适用专业：弹药工程与爆炸技术大纲编写（修订）时间：2017.10一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标本门课程是弹药工程与爆炸技术专业的一门专业选修课。

固体火箭发动机是卫星、火箭、飞机、导弹等产品的动力装置，它在现代科学技术研究，国民经济的发展，人们日常生活的改善等方面有着很大的利用价值，在本专业中对于火箭、导弹或炮弹增程有着极其重要的作用。

通过本课程的学习，学生将达到以下要求：1．熟练掌握固体火箭发动机的基本结构、工作原理，燃气在喷管与燃烧室内的流动过程，掌握固体火箭发动机内弹道的计算方法。

2．掌握固体火箭发动机的总体结构设计方法。

3．要求学生能将所学知识灵活运用于产品的设计和生活实践当中。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求要求学生理解并掌握《火箭发动机原理》这门课程，使学生对固体火箭发动机有一定的认识。

1.掌握固体火箭发动机原理的主要内容，包括固体火箭发动机的工作原理、固体火箭推进剂以及固体火箭推进剂在燃烧室中的燃烧过程、燃气在喷管中的流动过程、固体火箭发动机性能参数、固体火箭发动机的热力计算、固体火箭发动机的内弹道计算方法等方面的知识。

2.掌握固体火箭发动机设计的主要内容，包括固体火箭发动机的基本结构，主要设计参量的选择，发动机结构的初步设计等。

3.了解固体火箭发动机的应用及发展趋势，并能用所学知识指导在本领域的技术研究和产品的设计。

（三）实施说明1．教学方法：课堂讲授中重点对固体火箭发动机的基本概念，工作原理和设计方法进行讲解。

培养学生的思考能力和分析问题的能力。

在讲授中注意采用理论知识与实际应用相结合的方法，提高学生分析问题、解决问题的能力。

2．教学手段：在教学中主要采用电子教案、CAI 课件及多媒体教学系统等教学手段相结合。

原理简介俄罗斯M-21 122mm火箭系统是20世纪60年代研制70年代初装备部队的火箭武器。

是当时世界上最先进的火箭武器系统之一。

除了军事装备非常发达的国家外，几乎遍及世界各个角落。

截止1999年1月，全世界已经有80多个国家购买并装备了俄罗斯研制的M-21 122mm 火箭系统。

发动机结构设计特点1）俄罗斯M-21火箭弹总体结构特点（1）在战斗部上增加了一个阻力环，打击近距离目标时在战斗部与引信之间肩上阻力环，并采用加大的射角发射火箭弹，可减少距离散布。

（2）火箭发动机采用多喷管，有助于减少推力偏心。

（3）发动机内由两节火药装药径向固定，有助于减少燃气流偏心，有助于减少方向散布。

（4）采用管式螺旋定向发射方案，在弹上设置导向钮和弧形折叠尾翼，使得火箭弹在飞行过程中低速旋转并保持一定转速，有利于克服推力偏心和气动偏心减少方向散布。

（5）首次采用了单孔管状药两节式装药设计方法，使得燃烧室的空间得到充分利用，火药装药量有较大提高，并且使得燃烧室容易加工。

（6）首次采用大长细比方案，使得武器的使用性能得到很大的提高，因而收到了世界各国武器研制者的重视。

发动机的结构分析：（1）战斗部结构分析（2）发动机结构分析该发动机由前燃烧室、后燃烧室、前装药、后装药、中间挡药板、后挡药板、前支架和后支架、导电盖及喷管组合件等几大部分组成。

在发动机外表面设置了前中后三个定心部。

在后定心部上装有一个直径为10mm，高为8mm的导向钮。

该火箭发动机前燃烧室是带底的，而后燃烧室是两端开口的圆筒。

前燃烧室的后端，后燃烧室的前端，均车制了细牙螺纹，而且在螺纹处均设有圆柱定位面。

前后燃烧室的厚度是不同的。

前燃烧室壁厚为3.2mm，后燃烧室壁厚为3.75mm，在燃烧室内壁处均涂有0.1mm~0.3mm的隔热涂层。

燃烧室材料为低碳合金钢14MnNi。

燃烧室的总长度约为弹径的16倍，绝对长度接近2m。

M-21火箭发动机的燃烧室的设计是比较合理的。

固体火箭发动机的基本结构：点火装置、燃烧室、装药、喷嘴构成。

固体火箭发动机的工作与空气无关常见的推进剂有：1.双基推进剂（双基药）2.复合推进剂（复合药）3.复合改进双基推进剂（改进双基药）直接装填！形式：自由装填：药柱直接放在燃料室贴壁浇筑：把燃料直接和燃烧室粘贴在一起（液体发动机发射前现场加注推进剂）固体火箭一旦制造完成即处于待发状态经过压身或浇注后形成的一定结构形式的装药我们叫他装药或者药柱药柱的燃烧面积在燃烧过程中随时间变化必须满足一定的规律完成特定任务所需要的。

装药面积的燃烧规律决定了发动机压强和推力面积的发展规律。

为了满足上述规律需要对装药的表面用阻燃层进行包裹，来控制燃烧面积变化规律。

药柱可以是：当根、多根，也可事实圆孔药，心孔药燃烧室是一个高压容器！装药燃烧的工作室。

燃烧时要求要求：容积、对高温（2000-3000K）高压气体(十几到几十兆帕)的承载能力与高温燃气直接接触的壳体表面需要采用适当的隔热措施高温高压燃气的出口作用：1.控制燃气流出量保持燃烧室内足够压强。

2.使燃气加速膨胀，形成超声速气流，产生推动火箭前进的反作用推力。

部件作用：进行能量转化工艺特点：形状：先收拢后扩张的拉瓦尔喷灌，由收敛段、头部、扩张段、中小型火箭，锥形喷管（节省成本和时间）工作时间长、推力大、质量流速大采用高速推进剂的大型火箭采用特制喷管（收敛段和和直线段的母线可能不是直线可能是抛物线双圆弧）仔细设计型面，提高效率作用：使燃气的流动能够从亚声速加速到超声速流喉部环境十分恶略，烧蚀沉积现象影响性能（改变喉部尺寸改变性能）。

其他内表面采用其他相应的防护措施。

短时间不用采用喉衬！点火装置！！电发火管+点火药装在盒子里大型发动机（直径比较粗长度比较长）用小发动机点燃，点火发动机可靠性最低的部件要求：战术火箭（-40度-55度都能点燃）点火药量选择很重要充气后再打开喷嘴能量转化过程1:推进剂部分化学能-燃烧产物热能能量转化过程2. 燃烧产物热能-射流的动能（喷管完成）能量转化过程3. 射流动能-（直接反作用力）-飞行器动能固体燃料发动机本质是：能量转换装置！固体火箭发动机的工作过程是复杂的，装药燃烧与燃气流动的复杂过程相互作用的过程！！燃烧与流动是固体火箭发动机所要解决的基本问题那些流动现象及其作用：燃烧产物的流动是燃烧的直接结果没有流动会造成发动机爆炸！！！适当的流动状态是燃烧得以稳定燃烧的条件。