战术导弹复合材料固体火箭发动机技术的改进

基于新一代战术导弹的要求欧洲动力装置制造公司(SEP)在80年代对复合材料发动机壳体,隔热材料和喉衬材料以及推力矢量控制系统等技术进行了大量的预先研究和试验验证工作。在称为“CRAYON 发动机规划”的战术导弹复合材料固体火箭发动机研究计划中,提出并讨论了许多新方案和新技术。这项固体火箭发动机(SRM)计划是由法国国防部和 SEP 联合投资的,目的是研究具有非常大的长径比、高纵向刚性的壳体以及高的推进剂质量与惰性质量比的高性能复合材料固体火箭发动机。计划的主要验证项目包括:1)力学试验以及验证外壳的坚固度和评估材料的性能;2)厚壁试验以检测推力矢量控制系统和隔热材料的有效性;3)点火试验以逐步验证材料的性能和新方案的可行性。这些试验都是成功的,它为在战术导弹上应用新型固体火箭发动机以极大地提高其弹道性能开创了道路,而且某些技术也能用于弹道式固体火箭发动机,这方面的验证工作也在进行中。详细介绍了设计方案,进行的试验及试验后取得的数据和观察结果。     

某点火器本体和螺套的热设计应用

根据某点火器螺套在某固体火箭发动机地面热试车中被烧蚀的情况,建立了该点火器热设计模型,核算了该固体火箭发动机中安装点火器部位的换热系数,以此为条件,计算了该点火器本体材料由钛合金改为铝合金和螺套材料由钛合金改为钢45的热防护要求,结果达到了应用热设计理论优化产品设计的目的,改进设计的点火器成功通过固体火箭发动机试验。     

固体火箭发动机用低成本、低烧蚀喉衬材料

在战略导弹上使用的高性能固体火箭发动机很多都采用三维柱面形编织碳－碳合成材料作为整体式喉部和入口段（ＩＴＥ）的材料，以便减少喉部烧蚀，从而使其性能最佳。最近，对一种低成本四维编织结构碳一碳材料进行了试验，并证明其适用于战略和战术固体火箭发动机。在相同的点火条件下，这种材料与三维柱面形编织部件相比，抗烧蚀性能有所提高。     

美国海军固体火箭冲压发动机研制历程

梳理了美国海军资助下的固体火箭冲压发动机及其飞行器的研制情况;介绍了世界上第一型装备变流量固体火箭冲压发动机的导弹超声速掠海飞行靶弹的硬件设计概念、试验项目及飞行试验情况;对用于改进型的哈姆导弹的固体火箭冲压发动机的研制情况进行了回顾。     

某型点火发动机设计与试验研究

文中详细介绍了用于某型号空空导弹固体火箭发动机的点火发动机的设计和试验情况。这是首次成功地应用于空空导弹发动机上的点火发动机，从而为后续空空导弹固体火箭发动机点火装置的设计提供了一条新的途径。     

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     

固体火箭发动机枪击低易损性试验研究

论述了固体火箭发动机低易损性概念,描述了固体火箭发动机在枪击作用下的试验情况,分析了枪击引起的损坏与壳体材料和推进剂性能的关系。     

固体火箭冲压发动机内硼燃烧的改进

在火箭冲压发动机的吸气燃烧室内,硼粒子燃烧所产生的试验性研究问题现试图通过改进喷射装置和燃烧室设计加以解决。在这项研究过程中,硼粒子是由装填有含硼量较高的固体燃料的单独燃气发生器进行喷射。最高的燃烧效率是靠采用撞击式喷流喷射装置上加可移动的空气进口而获得,这种空气进口证明了在火箭冲压发动机内使用高硼量固体燃料的可能性。     

简讯

ATK发射系统公司研制的固体火箭发动机点火试验成功2006年11月16日,NASA在犹他州试验场成功进行了可重复使用固体火箭发动机的点火试验。这次耗时2 min的试验为航天飞机的夜间发射以及准备再次把宇航员送上月球的战神-1火箭的研发提供了重要信息。全尺寸全时段的飞行支撑发动机的静态点火试验在航天飞机固体火箭发动机的制造商——ATK发射系统公司进行。飞行支撑发动机(或FSM-13)燃烧了近123 s,在航天飞机的实际发射过程中,每个可重复使用固体火箭发动机都将燃烧这么长的时间。NASA马歇尔太空中心的可重复使用固体火箭发动机项目办公室负责管理这些试验,以验证火箭发动机所有已提议的设计改变,并负责检测新型材料的性能是否与目前使用的材料一样好。这次发动机点火试验还将为航天飞机项目提供数据,数据将显示夜间发射会对图像清晰度造成怎样的影响。该数据还将帮助确定适合未来航天飞机夜间发射的照相机设置及技巧,以及能够在白天发射中加强图像获取能力的照相机设置及技巧。本次航天飞机固体火箭发动机的点火试验还将支持NASA的探月目标,为战神-1的首级可重复使用固体火箭发动机的研发提供数据。负责战神运载火箭项目的工程师们将分析由发动机...     

双脉冲火箭发动机燃烧试验

为获得最佳高性能火箭发动机,对两级脉冲(双脉冲)火箭发动机作了评定性试验。在这个评定试验中便用的双脉冲发动机由两个燃烧室、两个点火器和一个收敛-扩张型喷管组成。两个燃烧室由一个带多个排气喷口的保护盖(称为喷气盖)分开,彼此独立。尾部为助推级燃烧室,前面为主燃烧定。喷气盖用于保护主燃烧室内的推进剂,使其免受助推药柱燃烧时产生的高压和高温的影响。喷射杆嵌入在喷气盖上的喷孔内,当主燃烧室内推进剂燃烧产生一定压力时,它可以很容易地被喷射出去,点火试验结果表明喷气盖工作非常有效,象预想的那样产生了两级脉冲推力。     

铝粉含量对火箭发动机推力影响研究

建立了固体火箭发动机喷管的气固两相流计算模型,对不同铝粉含量的复合固体推进剂的燃气在喷管中的两相流动进行了数值模拟。研究了推进剂中铝粉含量对发动机推力性能的影响规律;通过对速度场和压力场分析并结合推力基本计算公式得出发动机推力变化趋势,结果表明：在其他成分不变的情况下,随着单位质量复合推进剂中铝粉含量的增加,燃气流动速度降低、压力升高,火箭发动机的推力呈现先增大后减小的变化趋势。     

固体火箭发动机比冲估算及界面程序实现

依据某推进剂热力计算结果和基于FLUENT软件平台的固体火箭发动机燃烧室和喷管两相流流场仿真得到的相关参数,根据比冲计算的相关理论,利用MATLAB图形用户界面(Graphical User Interface,GUI)软件编制了发动机比冲预估算程序,利用该程序对某型号固体火箭发动机的比冲进行了预估。预估结果与实验值对比表明,该程序可以对发动机比冲进行较准确和快速的估算。     

战术地地导弹弹道/固体火箭发动机一体化设计与仿真研究

给出近程战述地地导弹弹道／固体火箭发动机一体化优化设计的数学模型、设计方法与数值优化算法等。并针对某地地导弹，作了大量的弹道仿真，得到了弹道与发动机的最优匹配，使起飞总重明显下降。     

固体推进剂药柱使用寿命的研究

对不同贮存期的固体火箭发动机药柱进行了力学性能试验,得到了推进剂有关力学性能贮存时间的变化规律,分析了固体药柱在生产、运输、贮存和点火燃烧过程的受载状态;对不同贮存期的固体药柱进行了应力、应变状态的分析和计算,结合靶场对贮存十年期以上导弹飞行情况,进行了固体火箭发动机推进剂药柱使用寿命的预示.     

基于喷管结构参数公差的纵向距离散布

比冲是评价固体火箭发动机能量特性的综合因子,其与固体推进剂配方组成及发动机设计参数有关,对射程具有较大的影响。该文结合某远程TG-300发动机结构参数,针对喷管喉径、扩张半角和膨胀比的制造公差,研究了这些参数对比冲散布及纵向距离散布的影响。结果表明,喷管喉径制造公差对比冲的影响相对较大,扩张半角次之,膨胀比的制造公差对比冲影响较小; 这些公差应当在加工过程中合理控制。该文所得结果可对固体火箭发动机结构设计提供参考依据。     

固体火箭高温高压复杂燃气系统的扩散系数及其相似准则数计算

为了解决固体火箭推进剂高温高压燃气输运系数难以实验测量和理论预估的实际问题,考虑燃气中含有H₂O、HCl、SO₂等强极性组分和H₂等轻质组分,通过大量文献实例验证,归纳了适于上述组分及其混合物在高温高压条件下的扩散系数计算方法,并计算了典型双基推进剂、复合改性双基推进剂和复合推进剂三种主要固体推进剂燃气在不同温度(1 500～3 800 K)和压强(8～20 MPa)下的扩散系数和输运准则数(施密特数和路易斯数),得到了固体火箭发动机燃气扩散系数随温度和压强变化的幂指数函数规律(典型双基推进剂燃气的扩散系数随温度变化的幂指数为1.646 55、典型复合改性双基推进剂和典型复合推进剂为1.629 52),以及路易斯数、施密特数的典型取值(典型双基推进剂燃气的施密特数为0.772、路易斯数为0.91,典型复合改性双基推进剂燃气的施密特数为0.675、路易斯数为0.9,典型复合推进剂燃气的施密特数为0.74、路易斯数为0.83)。这对于促进高温高压气体混合物输运性质的深入研究、火箭发动机燃烧及其内外流动仿真,均具有重要的实际应用意义。该方法没有考虑凝聚相对输运性质的影响。     

未来大推力液体火箭发动机的方案研讨

根据未来航天运载系统需求，提出采用液化天然气（甲烷、丙烷）作为大推力液体火箭发动机燃料的问题。重点对若干个三组元液体火箭发动机的系统方案进行分析比较。结论是：采用液氧－碳氢燃料－液氢的三组元、两工况液体火箭发动机是大推力液体火箭发展的新方向，为研制单级入轨的新型运载火箭提供新的系统方案     

以YF-75发动机为平台的三组元液体火箭发动机系统设计

三组元火箭发动机是实现单级入轨的一项关键技术,是以液氧为氧化剂,以高密度的烃类燃料(如煤油)及液氢为燃料,在低高度飞行段采用三组元,在高空采用液氧/液氢双组元,提高了发动机的密度比冲.通过系统平衡计算设计的三组元发动机,建立在YF-75发动机的基础之上,充分继承了已有的液氢/液氧发动机的研制成果,是可以在短期时间内实现的三组元液体火箭发动机.     

固体火箭高温高压复杂燃气系统的黏性系数和导热系数计算

为了解决固体火箭推进剂高温高压燃气输运系数难以实验测量和理论预估的实际问题,考虑燃气中含有H₂O、HCl、SO₂等强极性组分和H₂等轻质组分,通过大量文献实例验证,归纳了适于这些组分及其混合物在高温高压条件下的黏性系数和导热系数计算方法,计算了双基推进剂(DB)、改性双基推进剂(CMDB)和复合推进剂(CP)3种主要固体推进剂燃气在不同温度(1 500～3 800 K)和压强(8～20 MPa)下的黏性系数、导热系数和普朗特数,得到了固体火箭发动机燃气黏性系数和导热系数随温度变化的幂指数函数规律和典型普朗特数取值。所得结果对于促进高温高压气体混合物输运性质的深入研究、火箭发动机燃烧及其内外流动仿真,均具有重要的实际应用意义。该方法没有考虑凝聚相对输运性质的影响。     

液体火箭发动机技术发展的现状及未来

本文从燃烧室压力，系统工作循环方式以及量大推力三个方面叙了世界各国液体火简发动机的技术水平。简单介绍了世界各国液体火箭发动机技术发展的趋势及中国的最新进展的分析了中国液体火箭发动机技术发展的可能前景。