固体火箭发动机

基础的现代复合固体推进剂。 优点： 具有良好的力学性能与粘结性能；制造工艺比较
简单，加工性能良好，工艺比较成熟。 缺点： 比冲比较低，固化温度和玻璃化温度比较高。
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第二节 推进剂选择
• 聚丁二烯推进剂 聚丁二烯推进剂的粘合剂是丁二烯的聚合物
第三节 装药
助推器装药
助推器具有推力大，工作时间短的特点，为满足这些 要求，一般采用侧燃装药。
两种药型方案： 一是采用薄肉厚、大燃面的药型。如树枝型和车轮型 装药。这种药型要求用高能量、中等燃速的推进剂，如压 伸或浇铸双基类自由装填药柱； 二是采用大肉厚药型、贴壁浇铸装药。具有装填系数 较大的特点，但对推进剂的燃速提出了较高的要求。装药 裂纹及包覆层的脱粘问题是应着重解决的技术问题。
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第二节 推进剂选择
安定性 在所要求的使用期内，足以经受得住所预计
的热和化学环境影响，而无不合格的降解现象。 若装药必须在一个宽的温度范围贮存，应当
考虑选用复合固体推进剂，与复合推进剂相比， 双基推进剂在高温时安定性一般较差，但复合推 进剂也可能由于老化而出现较长的点火延迟期。
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固体火箭发动机
1
概述
2
推进剂选择
3
装药
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第一节 概述
动力 装置
起飞加速发动机（助推器） 续航发动机（主发动机）
连接 形式
串联式 并联式
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第二节 推进剂选择
推进剂种类
双基推进剂 优点： • 工艺方法比较成熟； • 原材料来源较广，成本低； • 药柱质量稳定，重现性好； • 贮存寿命长，对湿气不敏感； • 发射时无烟。
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第三节 装药
自由装填药柱具有很多优点，但它需要解决 药柱的支撑问题，药柱受力也不均匀。采用具有 应力松弛效应的包覆方案，可克服上述缺点。
这种包覆方案可把推进剂浇铸在燃烧室内。 应力松弛结构的内层与推进剂粘接，主要起限燃 作用；外层与壳体粘接，主要起绝热层作用；中 间是应力松弛层，其应力松弛作用，并把内外层 连接在一起。该方案具有装填系数大，药柱受力 较均匀的优点。
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第三节 装药
在自由装填药柱中，根据所采用包覆材料的差别， 可分为液态包覆剂和固态包覆材料两大类。
液态包覆剂可用手工涂覆、真空包覆、喷涂或挤压 包覆等。复合推进剂及双基药均可采用这种包覆方法。
固态包覆材料一般是将包覆层预制成带状或口袋形 式。前者通常将药柱预制成所需的形状，而后将包覆带 缠绕粘接在药柱外面，缠绕时应有预紧力，以提高粘接 质量及抗脱粘性能；而后者是把口袋放在模具里进行浇 药，由模具保证包覆药柱的外形尺寸。
或丁二烯同其他材料的共聚物。 特点： 比冲比较高，密度也高，燃速的调节范围宽。
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第二节 推进剂选择
• 聚氨酯推进剂 主要是以聚氨酯弹性体为基体，在其中分散
有一定力度的无机氧化剂盐、铝粉和其它附加成 分的一种连续的复合高分子橡胶制品。
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第三节 装药
载荷分析 • 温度载荷 • 惯性载荷 • 内部增压载荷 • 载荷的联合作用
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结构分析 • 弹性分析 • 粘弹分析
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第三节 装药
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第三节 装药
装药的主要任务是在燃烧室外形尺寸及质量 限定的条件下，进行药型、包覆及药柱的结构完 整性分析，使推进剂按预期的规律燃烧，以满足 内弹道性能的要求。
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第二节 推进剂选择
内弹道性能和燃烧性能 内弹道性能与控制燃速和发动机质量速率的参数有关。在
导弹所有预期的发射条件下，在要求的极限以内，所选择的推 进剂类型应具有推力曲线合乎要求的内弹道性能。
高温固体推进剂的高温排气，在高的火焰温度下会产生电 离，这种电离的热排出物会衰减制导、跟踪或遥测射频信号， 引起雷达波衰减的主要原因是碱金属（主要是钠和钾）在不平 衡的脉动燃烧过程中发生热电离，当空域较低时，衰减更为明 显，这种衰减随着火焰温度的升高、喷管喉部的减小和膨胀比 的减小而增加；推进剂中铝粉燃烧时使火焰温度增加，并降低 推进剂的氧化剂和燃烧剂之比，助长了脉动燃烧，因而使雷达 波衰减增加。
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第二节 推进剂选择
缺点： • 比冲低； • 密度小； • 高低温力学性能差。
不适于战略武器使用，仅适用于枪炮和战术 火箭武器。
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第二节 推进剂选择
复合推进剂
• 聚硫橡胶推进剂 以部分聚合的液态橡胶为粘合剂，以化学交联为
特点： 比冲高，低温力学性能良好，加工性能好。 在战术导弹中，不但可以作为主发动机装 药，也可用作助推器装药。
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第二节 推进剂选择
推进剂选择应考虑的问题 能量性能
双基推进剂的比重和密度较低，火焰温度也较低，当对密 度比冲要求不太高，且要求较低的燃温时，双基推进剂仍可使 用，因为火焰温度较高时，发动机需要附加绝热措施；当要求 推进剂具有良好的高温热安定性和低温物理性能时，则不能选 择双基推进剂，应选择一种含铝的复合固体推进剂。
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第三节 装药
助推器药型
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第三节 装药
主发动机装药 为满足小推力、长时间工作的要求，主发动
机一般采用端面燃烧的实心药柱。 推进剂的燃速较低（6㎜/s左右）,由于工作
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第二节 推进剂选择
力学性能 根据导弹的战术技术要求，在使用温度范围
内所选固体推进剂的伸长率和抗拉强度，应能充 分缓解药柱的内应力，而不损害装药结构的完整 性，或者不致引起不允许出现的内弹道变化。
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第一节 概述
发动机特点
助推器
短时间获得大推力和总冲 良好的安全、可靠性 具有环形的特点
主发动机
推力小 工作时间长
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第二节 推进剂选择
对推进剂的性能要求
• 比冲高，密度大，燃烧产物具有良好的热力性质； • 具有良好的燃烧性能； • 具有良好的力学性能； • 具有良好的物理、化学安定性； • 经济性好。
在推进剂中加入适量的铝粉，可提高密度比冲。 推进剂的铝粉含量增加，热量增加，但两相流损失也增 加，存在一个最佳铝粉含量。对于大尺寸固体火箭发动机，最 佳铝粉含量在17%～20%之间，可使比冲增加11%左右，而小 型 固体火箭发动机的最佳铝粉含量在14%～17%之间。
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第三节 装药
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第三节 装药
装药的结构完整性 所谓装药结构完整性是指发动机装药
结构在整个使用过程中，在规定的环境条 件下，保持完好设计状态工作的能力。
分析评定发动机装药结构完整性通常 要经过三个步骤：
载荷分析→结构分析→破坏分析
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射外，还要减少烟雾排放。 烟雾实质是悬浮于气体或空气中的凝聚态（液态或固
态）物质。推进剂燃烧后烟雾的来源是固体推进剂中金属 铝粉的燃烧产物Al2O3,以及作为推进剂的燃烧催化剂和稳 定剂的金属(铅、铜、铁、锡、铬等)化合物的燃烧产物─ 金属氧化物，以及推进剂中有机组分不完全燃烧而产生的 炭微粒，以上成为一次（初始）烟，另外，高氯酸盐氧化 剂燃烧生成的氯化氢，在低温和一定湿度条件下生成白色 的烟，称为二次烟。
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第三节 装药
药型选择 • 药型分类：
氮气
按燃面的变化规律可分为:等面、减面
和增面药柱；
按燃烧表面所处的位置分：端燃药柱、
侧燃药柱、端侧燃药柱；
按燃烧方向的维数分：有一维、二维、
三维药柱。
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第二节 推进剂选择
经济性 所选取的推进剂应当价格低廉,其组分容易
获得,一般不采用特殊的或不经济的质量控制方 法、加工技术和贮存条件。
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第二节 推进剂选择
发动机喷气尾流烟雾问题 导弹除了自身要减少雷达波辐射、噪声辐射及红外辐
时间长,发动机的热防护问题很突出,一般采用能 量较低的推进剂,如燃温较低的无烟或少烟双基 药,燃烧室设计压力也较低。
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第三节 装药
药型 固体火箭发动机的内弹道性能：总冲量、推
力大小及其变化规律和后效冲量是直接由装药的 燃面大小及其变化规律决定的，发动机的装填系 数及药柱的强度也与药型有关。
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第三节 装药
材料选取 • 良好的机械性能； • 与推进剂的粘结强度应大于推进剂本体强度； • 包覆材料必须与推进剂相容； • 耐烧蚀及绝热性能。
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第三节 装药
燃和绝热，使推进剂按所需的规律燃烧，把外界 温度对推进剂的影响限制在允许的范围内，保证 推进剂燃烧的平稳性。对于贴壁浇药，包覆层还 可起到粘接剂的作用，缓冲壳体应变向推进剂传 递，阻挡化学成分的迁移。
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第三节 装药
药柱的包覆和装填工艺与装药类型有关。 如内孔侧燃装药,通常用离心或喷涂的方法进行 包覆,而后浇药;而端燃药柱,一般采用自由脱粘 或自由装填方案。
氟碳推进剂和聚氯乙烯推进剂高温安定性特 别好。
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第二节 推进剂选择
危险性与毒性 选用的推进剂危险等级应符合使用要求，有
毒排气产物不应超出国家有关标准。
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自由装填药柱的包覆
• 应选取强度、模量大的推进剂，使包覆药柱在存放 或运输的过程中，不因为自重而产生过大的变形；
• 包覆药柱与燃烧室内腔之间的间隙应适当；
• 采用预制包覆套时，包覆套的尺寸要适当，过大会 产生皱折；过小药柱的尺寸达不到要求。一般包覆 套应略小于包覆药柱的尺寸，浇药时把其撑开；
• 药柱的支撑及尺寸的温度补偿。
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第二节 推进剂选择
• 减少雷达波衰减采取的措施 增加推进剂的氧化剂和燃烧剂之比，也可以
通过减少金属含量来提高该比值，但这样会降低 比冲；
向推进剂中加入电子清除剂附加物，即在配 方中加入电子捕捉剂；
调整配方，使燃烧室和喷管出口温度降低； 减少推进剂和包覆层中钠和钾的含量。
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第三节 装药
• 药型选取要求 燃面的变化规律应满足推力方案的要求； 具有较高的容积装填系数和小的余药量； 具有良好的结构完整性。
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第三节 装药
药柱的包覆 药柱的包覆是装药的关键,其主要作用是限