火箭发动机点火冲击力测试方法研究(2)

菜单

火箭弹不同于火炮等其他常规武器，其远程火箭弹的覆盖能力以及单兵火箭弹的便携能力都决定其在战争中的战略地位。点火作为火箭弹发射的第一个动作，其作用不仅是保证火箭弹正常的发射出去，也是对操作人员、士兵人身安全的一种保障。点火具是火箭弹最初发火元件,其安全性和可靠性是火箭弹之关键。掌握各类点火具的性能，技术参数对于火箭弹的安全可靠性也是至关重要的。火箭发动机点火冲击力是指发动机在点火工作瞬间产生的冲击力，形成很高的冲击载荷构成对发动机及导弹的结构损伤。固体火箭发动机的点火启动过程，是指从点火剂燃烧产物进入燃烧室开始，直至燃烧室增压趋近准定常工作为止的整个过程，这是一个复杂的非定常过程。产生点火冲击的主要因素是点火药燃烧产物中的液态氧化物粒子对发动机装药表满的冲击。

1.1 固体火箭发动机简介

固体火箭发动机是使用固体推进剂的化学火箭发动机。固体火箭发动机主要由固体推进剂、燃烧室、喷管和点火装置四大部分组成。有些固体火箭发动机还有推力矢量控制装置和其他零件等[1]。固体火箭发动机工作过程是一个复杂的物理化学过程。一般分为点火升压阶段、工作段和下降段三个阶段[1,2]。

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，它是发动机的能源。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）。

燃烧室是装药燃烧的场所，也是装药的贮箱。它主要由起承载作用的燃烧室壳体和起热保护作用的内绝热层组成，而燃烧室壳体一般由筒体和前、后封头构成。药柱置于燃烧室（即发动机壳体）中。在推进剂燃烧时，燃烧室须承受2500～3500摄氏度的高温和10-20MPa的高压力，所以须用高强度合金钢、复合材料制造，并在药柱与燃烧室内壁间装备隔热衬。

喷管的作用是使燃气流膨胀加速并控制燃气流量，保持一定的燃烧室压力。它主要由喷管壳体和热保护层组成。

点火装置提供一定的初始热量和点火压力，以便点燃装药并使之稳定燃烧。它由发火系统和能量释放系统组成，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，再由黑火药点燃药柱[2]。

固体火箭发动机与液体火箭发动机和其它化学能火箭发动机相比，它具有结构简单、体积小、工作可靠、操作简便、使用安全和能够长期贮存等优点，因而它被广泛地用作各类小型、近程的军用火箭和战术导弹的动力装置。但是，固体火箭发动机也存在着一些缺点，如推进剂的能量特性低、工作时间短、材料烧蚀严重、推力矢量不易控制等，因此，在过去相当长的时期内，限制了它在大型、远程和战略武器领域内的应用[3]。

近几十年来，由于高能固体推进剂的出现，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，以及高效而可靠的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上述缺点，使它也可以无愧地作为一种战略武器的动力装置与液体火箭发动机相匹敌，而且越来越显露出它在竞争中的优势地位。

目前，除了上面提到的军事用途外，固体火箭发动机也已被广泛地用于宇宙开发和其它民用目的。例如，它可用作人造卫星运载火箭的动力装置、远地点发动机、重返大气层的制动装置以及航天飞机的助推器；也可用作探空火箭发动机、飞机助推器、燃气发生器和飞行员安全弹射装置等[4]。