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固体火箭发动机

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固体火箭策动机(Solid propellant rocket engine)利用固体推进剂的化学火箭策动机。又称固体推进剂火箭策动机。固体推进剂点燃后在燃烧室中燃烧,化学能转化为热能,出产高温高压的燃烧产品。燃烧产品流经喷管,在此中膨胀加快,热能改变为动能,以高速从喷管排出而发生推力。

固体火箭策动机由药柱燃烧室喷管组件和焚烧安装等构成。药柱是由推进剂与少量添加剂制成的中空圆柱体(中空部门为燃烧面,其横截面外形有圆形、星形等)。药柱置于燃烧室(一般即为策动机壳体)中。在推进剂燃烧时,燃烧室须承受2500~3500度的高暖和102~2×107bar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配备隔热衬。

焚烧安装用于点燃药柱,凡是由电发火管和火药盒(装黑火药或炊火剂)构成。通电后由电热丝点燃黑火药,再由黑火药焚烧燃药柱。

喷管除使燃气膨胀加快发生推力外,为了节制推力标的目的,常与推力向量节制系统构成喷管组件。该系统能改变燃气喷射角度,从而实现推力标的目的的改变。

固体火箭策动机次要用作火箭弹、导弹和探空火箭的策动机,以及航天器发射和飞机起飞的助推策动机。

固体火箭策动机次要由壳体、固体推进剂喷管组件、焚烧安装等四部门构成,此中固体推进剂配方及成型工艺、喷管设想及采用材料与制造工艺、壳体材料及制造工艺是最为环节的环节,间接影响固体策动机的机能。固体推进剂配方各类组分的夹杂物能够用压伸成型工艺预制成药柱再装填到壳体内,也能够间接在壳体内进行贴壁浇铸。壳体间接用作燃烧室。喷管用于超音速排出燃气,发生推力;喷管组件还要有推力矢量节制(TVC)系统来节制导弹的飞翔姿态。焚烧安装在焚烧指令节制下解除平安安全并点燃发火药发生高温高压火焰用于点燃壳体内的推进剂。

固体火箭策动机属于化学火箭策动机,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,发生高温高压的燃气,即把化学能转化为热能;燃气经喷管膨胀加快,热能转化为动能,以极高的速度从喷管排出从而发生推力鞭策导弹向前飞翔。

固体推进剂是由氧化剂、燃料(可燃剂)和其他添加剂构成的固态夹杂物,按配方组分性质可分为单基推进剂双基推进剂复合推进剂、改性双基推进剂等;按质地的平均性分为均

质推进剂(如单基、双基推进剂)和异质推进剂(如复合推进剂和改性双基推进剂);按能量程度分为高能、中能、低能推进剂比冲大于2450牛·秒/千克(即250秒)为高能,2255牛·秒/千克(即230秒)到2450牛·秒/千克为中能,小于2255牛·秒/千克为低能;按特征信号分为有烟、微烟、无烟推进剂固体推进剂分类单基推进剂 Simple Base propellant由单一化合物(如硝化纤维素,即硝化棉,简称NC)构成,它的分子布局中包含可燃剂和氧化剂,溶于挥发性溶剂中,颠末膨润塑化、压伸成型,除去溶剂即可。单基推进剂因为能量程度太低,现代固体策动机不再利用。

Double Base Propellant理论比冲为170~220秒(1660~2150牛·秒/千克),密度1.55~1.65克/立方厘米 。危险品级1.3级。双基推进剂次要由硝化纤维素硝化甘油(NG)和一些添加剂构成,两种次要成分的分子布局中都含有可燃剂和氧化剂。硝化纤维部门溶于硝化甘油,插手挥发性或不挥发溶剂及其它添加剂,经消融塑化,成为均相物体,利用压伸成型(或称挤压成型)工艺即可制成分歧外形药柱。双基推进剂的长处是药柱质地平均,布局平均,再现性好;优良的燃烧机能,燃烧速度压力很小;工艺机能好;具有低特征信号,排气少烟或无烟;常温下有较好的安靖性、力学机能和抗老化机能;原料来历普遍,经济性好。错误谬误是能量程度和密度偏低,高、低温下力学机能变差。双基推进剂次要用于小型固体燃气发生器。

Composite Propellant理论比冲为225~265秒(2200~2600牛·秒/千克),密度1.65~1.80克/立方厘米 。危险品级1.3级。复合推进剂利用零丁的可燃剂和氧化剂材料,以液态高分子聚合物粘合剂作为燃料,添加结晶状的氧化剂固体填料和其它添加剂,融合凝固成多相物体。为提高能量和密度还可插手一些粉末状轻金属材料作为可燃剂,如铝粉(Al)。复合推进剂凡是以粘合剂的化学名称来定名。氧化剂凡是占推进剂总分量的60~90%,很多无机化学品可作为氧化剂,高氯酸锂),硝酸酯类(硝酸胺、硝酸钾、,硝酸钠),此刻利用最多的是含氧量较高的高氯酸胺(AP,又称过氯酸胺)。高分子聚合物既用作可燃剂又作为粘合剂,常用的有聚硫橡胶聚氨酯(PU)、聚丁二烯丙烯腈(PBAN)、端羧基聚丁二烯(CTPB)、端羟基聚丁二烯HTPB)、端羟基聚醚(HTPE)、聚氯乙烯等类。其他添加剂一般有:调理燃烧速度的燃速调理剂;改善燃烧机能燃烧不变剂;比用根基的粘合剂更好地改善力学机能的增塑剂;降低机械感度的安靖剂;改善储存机能的防老化剂;改善工艺机能的稀释剂、润湿剂、固化剂和固化催化剂等类。除具有热塑性的聚乙烯类推进剂可利用压伸成型工艺外,一般都利用浇铸法制造,工艺简单,适宜于制造各类尺寸的药柱复合推进剂分析机能优良,利用温度范畴较宽,能量较高,力学机能较好,普遍用于各品种型的固体火箭策动机,特别是大型火箭策动机。1942年美国研制出了沥青高氯酸钾复合推进剂,40年代末呈现了第一代复合推进剂聚硫橡胶推进剂,此刻常用的有PBAN和HTPB推进剂。民兵3和航天飞机固体助推器采用PBAN推进剂,“和平卫士”MX的一、二级利用HTPB推进剂,法国的M4利用CTPB推进剂,我国的巨浪-1也利用了CTPB复合推进剂。理论比冲为260~270秒(2550~2646牛·秒/千克),密度1.75~1.80克/立方厘米 。危险品级1.1级。在双基推进剂的根本上大幅降低根基组分硝化纤维素硝化甘油的比例,插手高能量固体组分,包罗氧化剂(高氯酸胺AP,高能火药黑索金RDX]或奥克托金[HMX]等)和可燃剂(铝粉等)。硝化纤维素(含氮量12%摆布)被硝化甘油塑化作为粘合剂,或是硝化纤维素和硝化甘油双基母体作粘合剂,硝化甘油还作为增塑剂,再插手一些添加剂,夹杂后利用压伸成型或浇铸成型工艺制成药柱,这就是复合改性双基推进剂CMDB)。 在CMDB配方根本上插手高分子化合物作为交联剂,它内含的活性基团与硝化纤维素上残留(未酯化)的羟基发生化学反映生成预聚物,预聚物的大分子主链间生成化学键,交联成网状布局,预聚物作为粘合剂能够大幅改善推进剂的力学机能,这类推进剂就被称为交联改性双基推进剂(XLDB)。次要交联剂有异氰酸酯(如六亚甲基二异氰酸酯HDI、甲苯二异氰酸酯TDI)、聚酯(如)、聚氨酯(如)、端羟基聚丁二烯丙烯酸酯等。 改性双基推进剂的能量程度高于复合推进剂,普遍用于各类计谋、战术导弹。美国的“三叉戟C4”潜射计谋导弹的所有三级策动机都利用了XLDB推进剂,称为XLDB-70,它的配方中固体填料达到70%(此中43%HMX / 8% AP / 19% Al),理论比冲2646牛·秒/千克。

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