固体火箭发动机装药设计课件

1、第二章 固体火箭发动机装药设计第一节 推进剂型号与装药药型的选择 （一）小节一推进剂的选择 （二）小节二装药药型的选择 第二节 单孔管状药的装药设计 （一）小节一装药尺寸与设计参量的关系 （二）小节二不同约束条件下的装药设计方法 第三节 星孔药的装药设计 （一）小节一装药尺寸与设计参量的关系 （二）小节二星孔装药设计方法 下一页第二章 固体火箭发动机装药设计第四节 轮孔药的装药设计 （一）小节一装药尺寸与设计参量之间的关系 （二）小节二轮孔装药设计方法 第五节 装药的包覆 （一）小节一包覆层的主要功能与要求 （二）小节二包覆材料的选择 （三）小节三包覆的工艺方法 上一页下一页第一节 推进剂型号

2、与装药药型的选择 2.1.1推进剂的选择 设计火箭弹时一般都选用已经定型生产的推进剂。从火箭弹设计角度出发，对选择的推进剂有以下要求：（1）能量尽量高，即推进剂的比冲量尽量大。 （2）推进剂在燃烧室内正常燃烧的临界压强尽可能低。 （3）压强温度系数小。（4）物理化学安定性好，冲击摩擦感度小，强度好。 目前常用推进剂有双基推进剂、改性双基推进剂和复合推进剂三种类型 。返回上一页下一页第一节 推进剂型号与装药药型的选择 2.1.2装药药型的选择 装药药型的选择是装药设计的第一步，因为不同的药型适用于不同要求的固体火箭发动机，并有不同的设计方法，只有选定了药型之后，才能着手进行装药几何尺寸的设计。

3、目前常用的药型见图21。 返回上一页下一页第一节 推进剂型号与装药药型的选择 一般来讲，选择装药药型应根据以下原则： （1）使装药的药型有足够的燃烧面，以获得必要的炮口速度。 （2）对燃烧室壁的传热小。从传热角度看，内孔燃烧的装药传热最少。 （3）装药药柱在燃烧室内容易固定。 （4）装药的余药少，利用率高。 （5）装药有足够的强度。 （6）结构及工艺简单，便于大批量生产。返回上一页下一页第二节 单孔管状药的装药设计 具有单个中心圆孔的圆柱形装药称为单孔管状药，它的形状有四个参数确定，即外径D、内径d、长度L和装药根数n，通常用DdLn表示。这种装药的两端包覆时燃烧面呈等面性变化。如果装药较长，

4、长细比达10以上时端面不包覆亦可看做等面性装药。2.2.1装药尺寸与设计参量的关系 1. 单孔管状药燃烧面变化规律 实际燃烧过程中燃烧面的变化相当复杂。下面的推导是按照几何燃烧定律在整个燃烧过程中，装药按平行层燃烧规律逐层燃烧进行推导的。因此推导得到的是装药燃烧面理论上的变化规律。 图2-2 为无包覆单孔管状药燃烧面变化示意图。 总燃面的变化规律为返回上一页下一页 由上式可知，当单孔管状药两端不包覆时，呈线性减面性燃烧。用同样方法可得到装药一端或两端包覆时燃烧面变化规律。第二节 单孔管状药的装药设计2.通气参量与装药尺寸的关系 在固体火箭发动机原理中，介绍过通气参量 ，它定义为在固体火箭发动机

5、燃烧室中所研究的x截面前的装药燃烧面积 Abx 与该截面的燃气通道截面积 Apx 之比，它在装药未燃烧时靠近喷管处一端最大，称为起始通气参量 0，其计算公式为返回上一页下一页 简化后可得第二节 单孔管状药的装药设计 内外通气参量之比为返回上一页下一页 实验证明， i 与 e 的比值对装药燃烧稳定性及初始压强峰有一定影响，尤其是在 o 较大时其影响更为明显。为了使初始压强峰不致过大以及保证正常燃烧的临界压强不致太高，i /e 的取值范围通常为12。第二节 单孔管状药的装药设计3.充满系数和极限充满系数 充满系数是装药在燃烧室横截面上的充满程度，即装药横截面积与燃烧室内腔横截面积之比。 由定义返回

6、上一页下一页 在设计过程中往往首先求出然后再计算装药尺寸。为了防止计算出的装药尺寸装不进燃烧室，引入极限充满系数l 。极限充满系数是装药外径为极限直径时所对应的充满系数。装药的极限直径是指外径相等的多根单孔管状药对应于一定的装药根数和排列方式，所有装药都能装入燃烧室时，装药的最大外径，记为Dl 。 第二节 单孔管状药的装药设计 不同的装药根数与排列方式所对应的l 值，可以通过一定的几何关系求得。 图 2-3 为外实排列法装药。外实排列法装药先从外层密实排列，再逐步向内层排列。表 2-2 列出了外实排列法各层的装药根数。 返回上一页下一页 图2-4为多根装药内实排列法，装药先从中心排起。采用这种

7、排列法装药的根数是限定的。同样可以通过几何关系计算l 值。 装药能装入燃烧室的条件是 第二节 单孔管状药的装药设计4.单孔管状药尺寸表达式 返回上一页下一页第二节 单孔管状药的装药设计2.2.2不同约束条件下的装药设计方法 一、不限长装药设计方法 不限长装药设计方法是在弹径和战斗部质量不变的条件下满足火箭弹理想速度最大的要求。不限长的含意是装药长度不受限制，通过装药设计可以使得火箭弹主动段末端速度达到最大值。这种方法所得到的装药长度较长，适用于尾翼式火箭弹的装药设计。返回上一页下一页（2 - 25）（2 - 26）第二节 单孔管状药的装药设计 式(2 - 26)所解出的值就是使质量比取得极大值

8、(mp/mk)max 时的值，记为max 。由式(2 - 25)计算出N值后，用逐次逼近法求解式（2 - 26），可得max 。 对于多根装药必须进行检验，使max0，则使质量比取得极值的充满系数必然是max0.542 6 。 第二节 单孔管状药的装药设计二、限长装药设计方法 有些火箭弹由于特殊需要弹长受到限制，在弹长受到限制时，装药设计可采用限长装药设计方法。限长装药设计方法是根据给定装药相对长度 ，求出充满系数，再求出装药的外径、内径和质量。 返回上一页下一页 由式(2-27)计算出Z值代入上式，就可以求得值。对于多根装药同样要使e2=e3)，轮辐消失后，燃烧进入第二阶段。 这一阶段的燃烧

9、面变化规律与星孔装药在星边消失之后的燃烧面变化规律完全相同。3.余药的燃烧 当轮孔装药与其他形式的装药组合在一起时，如轮孔装药与内孔燃烧的管状药组合在一起时，必须考虑余药的燃烧。 轮孔装药余药燃烧面的变化规律与星孔装药余药燃烧面变化规律完全相同。第四节 轮孔药的装药设计 二、轮孔装药通气面积变化规律 1.第一阶段(轮辐消失前)通气面积变化规律 返回上一页下一页2.第二阶段(轮辐消失后) 轮孔装药燃烧第二阶段的通气面积变化规律，与星孔装药第二阶段的通气面积变化规律完全相同。第四节 轮孔药的装药设计 三、轮孔装药余药面积计算 轮孔装药的余药面积计算公式与星孔装药的余药面积计算公式完全相同 。返回上

10、一页下一页2.4.2轮孔装药设计方法 1、装药质量mp的计算2、喷喉面积At的计算第四节 轮孔药的装药设计 返回上一页下一页3、燃烧面积Ab4、装药的总肉厚e15、确定通气参量和喉通比J第五节 装药的包覆 返回上一页下一页2.5.1包覆层的主要功能与要求 包覆层的主要功能包括： （1） 控制装药燃烧面的变化规律，使之满足内弹道性能要求。 （2） 可使装药与燃烧室壳体之间牢固的黏结在一起，并可防止装药对燃烧室壁的腐蚀。 （3） 缓冲推进剂与壳体之间的应力。 对包覆层的要求主要是：本身不易燃烧或烧蚀率较低；黏结性能好，长期储存不易变质和脱黏；隔热性能好；具有较高的延伸率和强度；与燃烧室材料和推进剂

11、的相容性好；制备简单，工艺性能好等。第五节 装药的包覆 返回上一页下一页2.5.2包覆材料的选择 用于双基推进剂的包覆材料有： (1) 乙基纤维素包覆剂(2) 硝基纤维素包覆剂(亦称硝基油漆布) (3) 胶带缠绕包覆层用于复合推进剂的包覆材料有： (1) 丁腈软片(2) 环氧树脂聚硫型包覆剂 (3) 丁羧吡啶包覆剂(4) 四氢呋喃聚醚包覆剂 第五节 装药的包覆 返回上一页2.5.3包覆的工艺方法 1. 软片粘贴法2. 涂刷法3. 刮板法4. 离心法5. 喷涂法5. 喷涂法6. 浇注法图2-1 几种常见的装药药型 (a) 端燃药柱；(b) 侧燃药柱；(c) 侧端同时燃烧药柱 返回图2-2 单孔管状药燃烧面变化示意图 返回图2-3 外实排列法 返回表2-2 外实排列法各层的装药根数 总装药根数3456789101314151719202224第一层（外层）345667891010111212131415第二层111134456678第三层1111返回图2-4 内实排列法 返回图25