固体火箭推进剂课件

固体火箭发动机的组成及工作过程
固体火箭发动机主要是由固体推进剂、燃烧室、喷管和点火装 置四部分组成的。
固体发动机的整个工作过程则由固体推进剂装药的点火过程、 燃烧过程及燃气在喷管内的流动过程构成。
固体推进剂在燃烧室内燃烧，由化学能转换为热能．生成高温 高压燃气，燃气通过喷管膨胀加速，将热能转换成动能．高速 向后喷出的燃气给发动机一个反作用力，即推力，它是火箭导 弹推进的动力。
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火箭最大速度
固体发动机研制阶段，发动机试车过程中常会出现不 正常的内弹道曲线，甚至出现爆炸事故。这些现象的 原因分析常常涉及到固体推进剂力学性能、燃烧性能 及装药质量等方面的问题。
无论火箭总体设计人员还是固体火箭发动机设计工作 者必须对固体推进剂的性能，主要是能量、燃烧、力 学及贮存等性能有所了解。
固体推进剂的基本概念
固体推进剂的基本概念
（4）反应产物的运动方向不同： 燃烧过程中反应区内 燃烧产物运动方向与燃烧波阵面的传播方向相反，因 而燃烧波阵面内的压强较低。温轰时，反应区内爆轰 产物运动方向与爆轰波的传播方向相同．爆轰波阵面 内的压强可高达数十万个大气压．
固体推进剂的三种化学变化形式在性质上虽然不同， 但它们之间有着密切的联系．固体推进剂缓慢的分解 反应在一定条件下可以转变为燃烧；燃烧在一定条件 下又可以转变为爆轰。这种相互区别又相互转化的关 系具有十分重要的意义。
固体推进剂
2005年11月25日
固体推进剂
专业: 飞行器动力工程 学时：48学时 主讲人：王革 教授 单位 ：哈尔滨工程大学航天工程系
一、基本知识
固体推进剂的基本概念 固体推进剂的发展与火箭技术 固体推进剂的要求 固体推进剂的分类 双基推进剂的组分 复合固体推进剂的组分 无烟、少烟固体推进剂
固体推进剂是发动机工作的能源和工质源。
固体推进剂的重要性
为了完成某飞行任务，发动机设计者必须根据总体部 门提出的要求，如总冲量、发动机工作时间、尺寸限 度、重量限度、贮存期限、贮存条件、运输条件、使 用条件等，选择一种能量性能与燃烧速度范围能符合 要求的固体推进剂及其装药的药型，然后根据使用条 件和受载情况对所设计的装药进行结构完整性分析， 以鉴定推进剂力学性能是否符合要求。设计的最后阶 段通常要对所选固体推进剂的燃烧性能和力学性能作 小量调整，或对发动机计作某些修改，以设计出满足 要求、性能良好的同体火箭发动机。
用硬金属撞击固体推进剂，在足够的撞击能作用下，或者用猛炸药引爆 等条件下，固体推进剂也会发生爆轰。
固体推进剂的基本概念
燃烧和爆轰的主要区别在于：
（1）能量传播的方式不同： 燃烧时反应区的能量是通过热传导和辐 射的方式传人相邻未反应区而引起下一层反应的。爆轰的传播是以冲 击波的强烈的高温、高压作用而进行的。 （2）传播速度不同 ： 燃烧传播速度通常约为每秒几毫米到几百毫米， 爆轰反应传播速度一般高达每秒数千米． （3）传播速度受外界条件的影响不同 ： 固体推进剂的燃烧速度与外 界条件(温度、压强)有密切关系，如在大气中燃烧，燃速很慢；而在 密闭容器中高压条件下燃烧时，燃速急剧地增大。爆轰过程由于其传 播速度极快，几乎不受外界条件的影响．对一定的爆炸物质，在固定 的装药密度下爆轰速度是一个常数。
60年代后期研制成了端羥基聚丁二烯推进剂。 80年代，NEPE推进剂（硝酸酯增塑的聚醚推进
剂），比冲可达2675m/s
火箭技术对固Hale Waihona Puke Baidu推进剂的要求
能量特性的要求：
(1)比冲高： 比冲是固体推进剂能量的量度。根据齐奥尔科夫斯基公式，火箭发动机
中推进剂燃完时火箭速度达到最大值。火箭的最大速度与比冲成正比，对射程的影
固体推进剂的发展
最早的固体推进剂是我国古代四大发明之一的 黑火药。黑火药的配方：它是用15％的木炭作 为燃烧剂，75％硝酸钾作氧化剂。10％的硫磺 既是燃烧别又将粘结木炭和硝酸钾的作用。黑 火药能量低，强度差，不能制成较大的药柱。 1888年瑞典科学家诺贝尔以硝化甘油增塑硝 化纤维素制得了双基火药，主要用于枪炮武器。 1935年苏联的科学家用添加燃烧稳定剂和催 化剂的方法降低了双基火药完全燃烧的临界压 强，首先将双基推进剂用作火箭发动机的装 药．这种火箭弹在第二次世界大战中发挥了威 力。但是双基推进剂笛要用棉纤维(或木纤维) 和动物脂肪作为原料。
固体推进剂的发展
1942年美国开始了复合固体推进剂的研究。最初 的复合固体推进剂是用高氯酸铵为氧化剂，沥青 作燃烧剂并起粘合氧化剂的粘合剂作用。虽然这 种推进剂能量低，力学性能差，没有多少实用价 值。但它为发展固体推进剂开辟了新的途径。因 为这类推进剂装药用浇注方法制造，加大装药尺 寸不受限制
1947年美国制成了聚硫橡胶复合固体推进剂，成 为第一代的现代复合固体推进剂，以后又发展了 聚氨脂，接着又相继出现了改性双基推进剂，聚 丁二烯—炳烯酸推进剂、聚丁二烯—丙烯酸一丙 烯睛推进剂以及端羧基聚丁二烯推进剂．
固体推进剂的基本概念
固体推进剂可定义为本身含有氧化剂和燃烧剂、能够通过有规律地燃烧 释放出大量炽热气体、完成发射功的固态致密材料。
通常固体推进剂所进行的是快速的燃烧反应。但是，当激发反应的方式 或反应进行的环境条件不同，固体推进剂还可以发生缓慢的分解反应和 激烈的爆轰反应。
缓慢的分解反应在固体推进剂的加工、贮存和使用过程中都存在着，其 速度取决于环境温度、湿度及杂质等。常温下分解反应速度慢，短期内 难以觉察。升高温度可使反应速度加快。
火药：古代四大发明之一。火药过去泛指火 炸药，现代火药不包括炸药。
火药根据用途分:发射药（用于身管武器，枪 炮）和推进剂（用于喷气推进，如火箭、导 弹推进）
定义:在适当的外界能量作用下，自身能进行 迅速而有规律的燃烧，同时生成大量高温气 体的物质。
武器对火药的要求:1)自身含可燃元素和氧化 元素，不需外界供氧；2）可迅速点燃；3） 规律燃烧，放出大量的热和生成大量的气体； 4）性能稳定