固体火箭发动机材料的发展

概述许多种材料已经用来设计多级固体火箭的部件。起初,固体火箭都是一级系统,除固体推进剂外,其中做为主要部件的火箭发动机壳体和喷管都是用钢制造的。在近30年里,发动机壳体本身已经历了由钢、铝、钛、纤维缠绕金属到纤维缠绕复合材料的发展。本文回顾了不同火箭发动机壳体和喷管材料的发展以及这些材料是如何改变固体火箭发动机设计的。设计准则自固体火箭发动机发展开始,其基本功用从未变过。固体火箭发动机做为薄壁压力容器包容着隔热层和固体推进剂。用于壳体设计的材料类型要满足壳体所承受的载荷量、燃烧推进剂产生的内部压力、惯量和空气动力载荷的要求。早期,对于其它设计变量相等,重量与面     

对固体火箭发动机壳体用超高强度钢的探讨

<正> 用超高强度钢制造固体火箭发动机壳体是材料工程课题之一。根据发动机壳体对超高强度钢的各项要求选择钢种,针对薄壳体的具体情况确定控制意外断裂的主要因素,实施一套易于为制造工厂掌握的检验方法及控制壳体韧性的非标准检测方法。同时,对各项新工艺过程之间的合理衔接问题,经济效益以及资源合理利用等问题都需全面考虑,方     

回火对D6AC钢板缺口性能的影响

前言 1961年10月,应美国陆军导弹司令部的要求,美国陆军材料研究局进行了一系列的爆破试验,以评定H11钢用于橡树棍导弹火箭发动机壳体的适应性。陆军材料研究局发现H11发动机壳体在—65°F下脆性断裂,因而建议对于这种应用,由H11钢改为D6AC钢。美国陆军导     

超声波测量大尺寸固体火箭发动机燃速的关键技术

确定固体火箭发动机工作时的真实燃速是发动机研制中的难题，而利用超声波测量是目前比较可行的方案。综述了利用超声波测量动态燃速和大尺寸发动机燃速的相关技术，并针对低频超声波开展了钢壳体/推进剂组合件的静态试验和钢壳体固体发动机热试车试验验证。通过综述和试验验证指出采用低频超声波是测量大尺寸固体发动机燃速的最可行的方案，提出进一步的研究方向是优化探头布置方案，并给出超声数据处理的建议。     

固体火箭发动机壳体用D6AC超高强度钢的研究

<正> 一、前 言 D6AC超高强度钢系美国宇航专用钢种。它是60年代初由原来模具钢D6A改进冶炼工艺发展起来的。D6AC钢曾经用于制造F-111型飞机起落架和结构件,阿波罗神登月般的高压储气瓶。近十余年来,在固体火箭发动机壳体方面应用尤为广泛,在制造直径300mm到4m的中大型固体火箭发动机壳体方面有逐步取代其它钢种而成为这     

固体火箭发动机用先进复合材料

前言 大多数固体火箭发动机部件的设计动力是性能。特性标准迫使工业部门发展具有极高强度和轻量化的部件。减少部件的消极重量时,可提高火箭推进剂重量进而改进综合性能。由于DCA6钢和石墨环氧具有所希望的高强度和低质量,故可用于火箭发动机壳体,然而生产成本高。 DCA6钢和石墨环氧生产工艺     

18%Ni马氏体时效钢火箭发动机壳体的研制

报导了六年来对18％Ni马氏体时效钢用作火箭发动机壳体的研制工作。阐述了对基体材料和焊缝的强度、塑性和缺口韧性的基础性研究以及为证实结构的完善性和材料选择、制造技术、热处理方法的适宜性而对模拟容器所做流体静压力实验的结果,并简要报告了用做姆(Mu)和莱姆达(Lambda)火箭发动机壳体的情况。     

HTPB和NEPE固体推进剂枪击低易损性实验研究

为了解HTPB和NEPE固体火箭发动机的冲击安全性,设计了模拟实验发动机,对不同的壳体材料、推进剂和沿受冲击方向的厚度开展了枪击低易损性试验研究.结果表明,两种推进剂在钢壳体条件下的低易损性能均较差;冲击导致的装药破碎情况与推进剂的力学性能有关;装药沿受冲击方向的厚度对着火后的燃烧强度影响较大.研究结果为使用该类推进剂的发动机枪击低易损性评估和设计提供了实验依据.     

基于网络理论的固伴火箭发动机纤维缠绕壳体优化设计

基于网络理论按爆破压强设计的纤维缠绕壳体基本方程,在结构、工艺等约束条件下,选取不同纤维材料,以壳体质量为目标,利用线性多步法和复合形法,优化设计纵向层平面缠绕、圆筒部分在环向缠绕的固体发动机纤维壳体的材料密度、纤维拉伸强度、缠绕角和极孔半径,并给出算例。计算表明,比强度是影响纤维壳体质量的最重要因素。     

解决底排火箭复合增程弹战斗部与发动机连接强度技术关键

国内某底排火箭复合增程弹型号项目,研制初期将战斗部和火箭发动机壳体设计为分体结构,在靶场强度射击试验过程中,出现战斗部与火箭发动机壳体连接螺纹损坏的现象,为解决螺纹连接失效问题,通过试验现象及理论计算分析,采取增加硬度较高的钢垫和上紧力矩等措施,通过炮射试验验证,彻底解决了这一技术关键。整个失效分析过程和解决途径对类似技术问题有一定的参考价值。     

碳纤维增强塑料火箭发动机壳体

固体火箭发动机主要由推进剂和推进剂燃烧用的高压容器(即发动机壳体)及喷管组成。现在使用的发功机壳体由铬钼钢等金属制成,这种材料重量大,所以迫切要求减轻重量。本研究以减轻壳体重量为目的,开发了机械性能好的碳纤维增强塑料火箭发动机壳体。考虑了壳体形状、高温、高压等条件,用有限元法进行了应力分析,确定了最佳缠绕层数和缠绕角度。探讨了利用长纤维缠绕法的制造技术,并试制了小型碳纤维增强塑料发动机壳体,装填高能固体推进剂,进行了燃烧试验。燃烧试验证明,试制的碳纤维增强塑料火箭发动机工作良好,发动机壳体的重量比现用金属壳体轻40％,完全可以满足火箭发动机所要求的耐高压、耐高温和燃烧特性。     

基于有限元的O形橡胶密封圈装配过程参数影响分析

利用有限元软件对某固体发动机O形橡胶密封圈装配过程进行仿真分析。研究了装配过程中密封圈材料参数、密封圈与发动机壳体摩擦系数、轴向装配速度和结构参数对密封圈剪应力的影响。结果表明,材料参数、摩擦系数以及装配速度是影响密封圈最大剪应力的主要因素。     

战术导弹发动机复合材料壳体

本文以LAR(Leichte Artillerie Rakete)的GFR2(玻璃纤维增强塑料)φ110mm发动机壳体为例,从发动机壳体所受载荷,材料数据、设计准则以及LAR发动机设计实例出发进行了多方面的论述,探讨了复合材料发动机壳体中铺层的设置、壳体结构型式的选择,制造工艺,质量检验及复合材料发动机壳体技术的最新进展。     

航天飞机固体火箭发动机壳体螺栓连接方案的结构分析

人们认为挑战者号航天飞机的事故是由于连接固体火箭发动机(SRM)壳段的柄脚-U 型夹接头之一断裂造成的。柄脚与 U 型夹之间位移过大可能使 O 型环的密封垫错位,从而最终导致事故发生。NASA 兰利研究中心承担了为装配壳体段设计一个可替代方案的工作。他们设计了凸像螺栓连接方案,并分析了该方案是否能在将接头重量减至最小和能控制应力值的同时有效地保持密封性。事实表明在所分析的载荷条件下,接头密封部位能保持固定。唯一能出现的应力问题是凸缘螺栓孔边处应力集中,该处局部应力很高。该方案除比现有方案接头重量大外,确实有其优点,因而成为引人注目的替代方案。     

反坦克火箭弹用4140超高强度钢的研究

<正> 一、前言 反坦克火箭弹用固体火箭发动机属于小型战术火箭。做为这类壳体用材料,过去我国一直沿用苏联钢种30XΓCA钢,但这种钢除强度较低不能满足该任务的技术指标要求外,尚存在一系列的问题。我们参考国外经验发现,国外大多采用Cr-Mo钢及Ni-Cr-Mo钢如;4130、4140、D6AC、4330、4340钢等。或者在这个基础上,对成份     

高应变率下金属柱壳动态变形及形成破片特性研究

针对高应变率下金属柱壳动态变形及断裂响应问题,以50SiMnVB钢和40CrMnSiB钢壳体材料为研究对象,应用超高速摄影技术以及Autodyn数值模拟软件研究了壳体在高应变率下的动态变形过程。获得了壳体外壁自由面径向位移以及速度变化规律,并对回收所得破片的尺度分布规律以及断裂特性进行了分析。结果表明:壳体内部裂纹贯穿整个壁厚发生在20~25μs之间;40CrMnSiB钢壳体达到的稳定速度比50SiMnVB钢壳体提高了8.1%;试验回收所得壳体环向方向断裂形成的破片宽度变化呈正态分布,且40CrMnSiB钢壳体形成的破片质量在0.1 g以上数目比50SiMnVB钢壳体增加了49%,破碎程度更加严重。     

装药在空气及混凝土靶中爆炸威力试验研究

文中对复合材料、D6A钢壳体装药在混凝土靶中的爆炸破坏效应进行了试验研究。分析表明,同样装药情况下,复合材料壳体装药爆炸产生的冲击波超压相对D6A钢壳体装药要高;复合材料壳体装药爆炸不会产生破片对远距离目标造成破坏;而D6A钢壳体装药爆炸产生的破片对远距离目标具有一定的杀伤效应;从混凝土靶中爆炸破坏效应来看,复合材料壳体装药在阻抗匹配方面要比D6A钢壳体装药好,且更利于爆炸冲击波的传播;同样装药情况下,复合材料壳体装药爆炸对靶体爆炸驱动有效能量大于D6A钢壳体装药。     

空空导弹用火箭发动机的设计验证计划

完成了使用碳纤维增强环氧树脂壳体和少烟、含硝铵复合推进剂的空空导弹火箭发动机的设计验证计划。介绍了包括材料选择和固定金属部件的方法在内的发动机壳体结构设计。完成了包括环境和操纵破坏试验在内的发动机壳体结构试验。对于整个发动机，进行了隔热、粘接、推进剂性能、药柱设计和发动机壳体性能的设计验证。试验了六种不同飞行质量的发动机，项目包括极限温度下点火、环境载荷、在具有发射弯曲力矩、老化和后力脉动的情况下点火。还使用两种发动机进行钝感弹药试验，即快速自燃和撞击试验。     

固体推进剂火箭发动机壳体的无損检验

美国用17-4PH钢制造的固体推进剂火箭发动机壳体,要求它在点燃其内的推进剂时保持完整无损。在无损检验的技禾条件中规定:成品壳体应无表面缺陷,在棒坯中用超声检出的缺陷信号不得大于0.25×0.025厘米标准切口产生的信号。过去一直用磁粉法检验成品壳体,以滿足无表面缺陷的技术条件。长期以来发现有表面缺陷的很少,故认为这种方法是可用的。然而在1980年前不久,用磁粉法检验的一批360个壳体竟有175个不合格。这样高的不     

不同壳体装药在混凝土中爆破威力初步分析

文中对碳纤维复合材料、D6A钢壳体装药在混凝土中的爆炸破坏效应进行了初步研究,并结合波阻抗原理及能量方法对不同材料壳体装药爆破进行了对比分析。理论分析表明,由于碳纤维材料与混凝土及炸药材料的波阻抗比较接近,较钢壳体更适合冲击波的传播和爆炸能量的传递,因此,碳纤维复合壳体装药对混凝土结构的破坏范围较钢壳体装药更大。