浅谈对固体火箭发动机使用寿命的研究与预估

浅谈对固体火箭发动机使用寿命的研究

与预估

摘要：本文概述了近年来固体火箭发动机寿命的研究方法，简要介绍几种固体火箭发动机寿命预佑的方法，同时从各个方面论述延长固体火箭发动机寿命采取的措施；对固体火箭发动机的延寿及修补方法进行简单的介绍，预测研究固体火箭发动机使用寿命在未来的发展趋势。

关键词：固体火箭发动机；发动机使用寿命；寿命预测

引言

固体火箭发动机的寿命预测具有着深远的意义，无论是从经济角度还是环保角度，人们总是希望固体火箭发动机的使用寿命更长，或是预测得更准确。当固体火箭发动机超寿时，我们并不希望立即销毁，而是力所能及地延长其寿命。固体火箭发动机寿命预测的重要性在逐渐凸显，如果预估的寿命长于真实寿命，失效的发动机会导致飞行器发射失败，甚至发生灾难性的爆炸，危及发射平台和人员的安全；如果预估的时间过短，会使大批可用发动机报废销毁，不但造成经济损失，而且污染生态环境。

固体火箭发动机使用寿命预测技术的发展

近代固体火箭发动机源自于20世纪的硝化甘油无烟火药的发明，在经过一个世纪的发展，固体火箭发动机的贮藏时间和可靠性能得到了很大的提高，其寿命预测也是各国首要攻克的难题。

固体火箭发动机的寿命主要取决于推进剂药柱的物理和化学性能，同时还要考虑工作时发动机的内弹道性能和结构的完整性。我们主要通过分析固体火箭发动机装药的化学特性和物理特性来判断其是否到寿。在实际贮藏过程中，发动机的金属壳体只要不被腐蚀，它的机械性能就不会发生显著变化；而复合材料壳体

只要贮存环境稳定，他的机械强度将不会损失太多，而最主要的密封橡胶材料是

可以进行定期更换的，因此固体推进剂失效将成为固体发动机到寿最主要的因素。

影响贮存时药柱结构的完整性以及发射的过程中内弹道稳定性的因素有很多，包括装药老化引起的能量损失、发射场温度变化导致的燃烧室内燃气压力的变化、装药力学性能的变化导致的结构破坏等等。但多年研究结果表明，推进剂力学性

能是影响内弹道特性变化最关键的因素，因此近年来的研究工作都把推进剂力学

性能作为固体火箭发动机寿命评估的关键参数。还有最容易忽视的因素就是贮存

环境，我们应当降低固体火箭发动机贮存场所的湿度，保持一定的温度，减少其

与氧气的接触，相对稳定的贮存环境可以从一定程度上提高固体火箭发动机的使

用寿命。

固体火箭发动机寿命预测方法

固体火箭发动机寿命预测是一项持续时间长、研究难度大、经费投入高、综

合效益显著的重要工程。由于固体火箭发动机的寿命决定因素较复杂，使得其寿

命预测涉及的学科复杂、领域繁多，我们主要分析俄罗斯的一种发动机寿命预测

方法。

俄罗斯的固体火箭发动机寿命预测的方法主要依靠于评估其原材料的性能，

利用加热的方式使各个部件加速老化，来评估发动机和各个部件的寿命。俄罗斯

对所有的固体火箭发动机的材料都进行大量的实验测试，拥有固体火箭发动机所

有材料在各种环境影响下的性能参数，以此来达到在不同的条件下以最快的速度

找到固体火箭发动机寿命最短的部件，并选出适合的材料进行整改。

固体火箭发动机的延寿

固体火箭发动机的寿命通常是指固体火箭发动机的使用寿命，同时也可以说

成有效贮藏时间，这个时间长达几年，甚至是几十年，相比之下固体火箭发动机

的工作寿命却很短，只有短短的几秒或是几分钟。固体火箭发动机服役到期后，

仍需要进行评估后继续使用，于是就出现了延寿手段。延寿是在发动机即将到寿

但并不想退役，采取有关措施延长其寿命的一种手段。

固体火箭发动机的延寿方法主要是两个方面，一是在固体火箭发动机设计的

过程中就要考虑如何设计能延长固体火箭发动机时的使用寿命，二是在固体火箭

发动机达到有效贮藏期后，具体分析固体火箭发动机的实际状况来采取有效措施

来进行延长使用寿命。

在设计方面，主要是通过药柱的设计来控制国体火箭发动机的寿命，在推进

剂配方的研究中，要尽量改善药剂的力学性能和贮藏性能在药柱设计方面，在满

足体积装填分数和内弹道特性的同时，让药柱尽量减少应力集中。同时还要改善

贮存和运输的环境，避免环境给固体火箭发动机寿命带来影响。

在固体火箭发动机达到有效贮藏期后，我们要将结构完整性被破坏或内弹道

性能明显变化的药柱进行更换，对失效的药柱进行合理的处理，避免造成对环境

的污染。

未来发展方向

世界各国在固体火箭发动机使用寿命预测以及延寿方面都取得了重要的成就。但是固体火箭发动机寿命的决定因素很复杂，我们的研究还比较片面，不能实际

反映出固体火箭发动机的真实寿命。

如今固体火箭发动机寿命预测都是针对某一种型号的固体火箭发动机，但同

一型号的固体火箭发动机也会因为环境的不同而造成巨大的寿命差异，所以我们

需要研究的是要根据不同的环境来对某一型号的固体火箭发动机进行寿命预测，

让某一型号的所有火箭发动机在任何的环境下的寿命预测都准确无误，同时要实

时记录每个过程的数据，定期检测，提供资料。

要重视贮存环境对固体火箭发动机的影响，我们必须要知道贮藏环境的湿度

和温度，要定时定点的观测，根据观测数据与出厂时厂家提供的贮藏要求进行对比，有针对性的进行调整，让固体火箭发动机的寿命预测更加准确。

结束语

固体火箭发动机寿命的准确预估具有重大的军事和经济效益。“十四五”期间，将会有大量的固体火箭发动机到寿，我们要根据现有阶段试验数据，针对固

体火箭发动机的不同特点做出不同的延寿方案，不断拓展在固体火箭发动机寿命研究领域的认知，直至达到世界前列。