双脉冲固体火箭发动机设计有限元分析(3)

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经过 20 多年的努力，我国脉冲固体火箭发动机的研究已取得一定成果，但与国外先进国家相比，仍存在较大差距，尤其是脉冲发动机的应用情况、隔离装置设计技术和制造工艺技术等方面。(1) 美国、俄罗斯、意大利、德国等国家，已将脉冲发动机技术引入到型号中，而我国目前还处于预研阶段，未完全进入工程化应用。(2) 在隔离装置设计技术方面，国外已经研制成功六脉冲发动机试验样机，结构方式有金属隔舱式、非金属隔舱式、轴向隔层式、径向隔层式和轴向与径向隔层混合式，脉冲数量和结构形式均多于我国。而我国目前主要是进行双脉冲发动机研究，结构方式只有陶瓷隔舱式、金属隔舱式、轴向隔层式、径向隔层式，轴向与径向混合式、非金属模压式仅开始探索研究。(3) 在隔离装置与制造工艺技术方面，国外已经进行了多种结构形式的隔离装置研究与试验，掌握了主要的关键技术，比如 SM－3 第三级双脉冲发动机壳体采用整体式带药缠绕成型技术。而我国这方面的技术较为薄弱。

1.4 典型隔离装置结构模型介绍文献综述

1.4.1 隔板式隔离装置

隔板式隔离装置，采用隔板组合装置将两个燃烧室隔离。隔板组合装置连接在第二级发动机尾端，第一级发动机壳体也连接在第二级发动机尾端。当前一级脉冲工作时，隔板式隔离装置要能够承受高压，同时密封第一级脉冲的高温燃气，当后一级脉冲工作时，隔板式隔离装置能迅速打开。隔板式隔离装置由金属隔板、绝热层、金属膜片、绝热片组成[4]，如图 1.1。

隔板式隔离装置

金属隔板是隔板式隔离装置的主体结构件，主要作用是承受第一级发动机工作时的高压，并支撑金属膜片、绝热层，同时连接在第二级发动机的壳体尾端。如图 1.2 所示。金属隔板上开有若干个通孔，作为后一脉冲工作时燃气的流动通道；金属隔板两侧可模压绝热层，对金属隔板进行热防护，保证发动机工作时隔板结构不失效。金属膜片上刻有 8 个预制槽，分别对应 8 个非通孔位置。金属膜片承受第一级脉冲工作时的高压。在金属隔板和绝热层之间采用硅橡胶粘接，硅橡胶固化成型后能够密封金属膜片。同时在金属膜片的外表面粘贴绝热片，前一脉冲工作时对金属膜片起到绝热作用，防止其失效。

图 1.2 轮辐结构图 1.3 金属隔板绝热层设计金属隔板两侧都在燃烧室内，燃气在燃烧室及金属隔板的通气孔

中流动，需要对金属隔板进行绝热保护，因此可在金属隔板的两侧进行模压绝热层以保证绝热、抗冲刷保护。高硅氧/酚醛复合材料有良好的绝热能力，并能抵抗一定的冲刷能力，制造工艺比较成熟，因此可采用高硅氧/酚醛复合材料作为

绝热层材料直接模压在金属隔板上[4]。

金属膜片设计使得金属隔板上的通气孔在前一脉冲工作时要堵上并且密封，金属膜片在隔板式隔离装置中起到通气孔的承压作用，其结构如图 1.3 所示。金

属膜片开 8 个槽可保证隔离装置在第二级脉冲工作时能可以顺利打开。绝热片设计隔板绝热片采用双组分硅橡胶[4]，均匀粘接在隔板后侧内表面上

(金属膜片外表面)，前一脉冲工作时起到隔热作用，后一脉冲工作时能够迅速被撕开，保证第二级脉冲工作时隔离装置能够低压打开并无抛出物。来`自^751论*文-网www.751com.cn

1.4.2 喷塞式隔离装置

喷塞式隔离装置由基体、台阶塞、隔热密封层组成。其设计原理是用铬钼钢等耐高温难熔金属材料作为基体，在上面以同心圆排列方式钻台阶孔，用于第二级燃气通过，喷射孔用重量轻耐烧蚀的纤维增强酚醛复合材料做成的台阶状喷塞结构堵塞，同时在靠近第一级脉冲发动机一侧铺设隔热密封层[5]，如图 1.4 所示。喷塞一端车有少数几圈螺纹，在第二级燃烧室压力升高到一定值后，螺纹结构强度被破坏，喷塞结构被喷出，如图 1.5 所示。喷塞的螺纹对第二级燃烧室工作初期有保压作用。