固体推进技术的发展动向

本文综述了80年代以来固体推进技术的几个主要发展动向:1.固体火箭发动机总体结构的新发展;2.广泛采用石墨纤维缠绕壳体;3.改进喷管结构及喷管材料;4.开展固体推进剂新品种的研究;5.提高生产自动化程度,降低固体发动机成本。     

全复合材料发动机壳体与喷管连接结构

结合国外先进固体发动机纤维缠绕壳体与喷管连接的技术,分析了实现全复合材料固体发动机壳体-喷管的连接方式,技术途径,并提出了有关设计参数,可供设计人员参考.     

近年固体火箭推进技术发展趋势

讨论了在冷战结束后的政治、军事环境下固体发动机应用领域的动向和固体火箭推进技术的发展特点，重点了发动机设计及固体推进剂、壳体、喷管、点火系统等单项技术的发展趋势。     

固体火箭发动机喷管扩张段壳体结构优化设计

针对某型号发动机喷管扩张段壳体结构,建立了高精度三维扩张段热结构FEM模型,计算了喷管工作时扩张段壳体结构在承受高温、高压以及作动器外载的联合作用下,结构的应变及位移分布规律,并与全尺寸发动机喷管热联试的试验结果作对比。结果表明:热结构仿真计算与试验结果吻合较好,其中关键承载部位应变最大误差小于15%,验证了热结构仿真模型准确性及精度,可以用于工程上扩张段壳体热结构强度校核。在此基础上,以环/母向筋条数量为设计变量,采用First-order优化方法对喷管扩张段壳体结构进行减重优化设计,在满足强度和刚度要求的前提下实现了目标结构约30. 8%的有效减重。以上计算结果对于固体火箭发动机喷管扩张段壳体结构设计优化,准确预估结构安全裕度有着一定的参考价值。     

喷管壳体机械加工变形的避免

固体火箭发动机喷管壳体加工后需压入非金属脆性材料内衬,因此有较高精度要求,否则,内衬受力不均,容易脆裂,引发事故。但是,喷管壳体机加后,连接颈内圆易出现圆度、圆柱度超差,长时期来都认为是由于零件形状复杂,毛坯焊接、热处理的内应力未完全消除,机加后由于内应力出现新的平衡所导致的结果。新的观点认为,机加后变形的原因是由于机加夹具的定位装夹方式所致,根据这一观点设计新夹具,使问题得到了解决。     

单室双推力固体火箭发动机的现状和动向

从单室双推力固体火箭发动机的应用、性能、推进剂、壳体材料、成型工艺、推力矢量控制等方面着手,讨论这种发动机的技术现状、应用情况和发展趋势,并同单室单推力发动机作了详细的对比.给出了国内外若干种主要单室双推力发动机的性能数据.今后发展动向:多数单室双推力发动机仍将以采用端羟基聚丁二烯推进剂为主;少烟无铝复合推进剂和微烟的硝胺类改性双基推进剂的应用将会有所增多;发动机壳体仍以采用超高强度钢为主;加快使用推力矢量控制装置.     

火箭发动机金属壳体的容伤设计问题

本文考虑超高强度钢固体发动机壳体对裂纹、氢脆或应力腐蚀等缺陷的敏感性,及损伤(缺陷)在特定的应力和环境下可能扩展的特性,就壳体的容伤设计问题进行了探讨.根据壳体中可能预存损伤的假设,提出了以容伤系数描述壳体的容伤限.文中以实例给出了使用容伤系数确定壳体水压验证试验压强的具体方法.如此确定的壳体水压验证试验压强,实际上即是存有损伤壳体的最大许用载荷.     

战术导弹固体发动机的关键技术问题

讨论了战术导弹固体发动机在高能推进剂、碳纤维壳体、轻质小力矩柔性喷管和双脉冲发动机等关键技术方面取得的进展。其中，HTPB推进剂的性能达到比较完善的水平，已用于各类战术导弹。高能、低特征信号GAP推进剂通过了实验发动机试验。碳纤维壳体达到了实用水平。发动机能量管理和向量控制技术的研制与开发工作正在开展之中。     

固体火箭发动机壳体后封头屈曲分析

用ANSYS软件对固体发动机壳体后封头进行了外压屈曲分析。结果表明,在可承受相同内压条件下金属壳体后封头比复合材料壳体后封头有更高的承受外压能力;壳体后接头、喷管固定体对后封头承外压能力有加强作用;壳体后开口直径越大,临界屈曲载荷越大。     

固体发动机喷管与壳体卡环连接结构初步研究

为探索大型固体火箭发动机喷管与壳体连接用的卡环结构,设计了一套试验研究装置。试验结果表明,该装置设计合理,所得试验结果与理论计算一致性较好,试验是成功的。由此使卡环结构应用于大型固体火箭发动机取得了突破性进展。     

利用不连续出口流减少火箭发动机喷管的长度

受外廓尺寸限制的火箭发动机喷管设计以及能产生最大推力的喷管造型等问题,在过去的几十年里已引起了不少研究者的注意。最近发现,在喷管的出口流场的控制面上引入“不连续性”,可以减少喷管长度。本报告给出了喷管型面的计算和推力性能比较。这里提及的控制面包括两区域,内区包含超音速膨胀流,其速度和流动方向角是随半径增大而增大的。外区包含受喷管型面影响的流场,它呈现出随半径增大而流动方向角交小的特征。在内外区的接合处,引入流动方向上的不连续性和相应的速度等熵变化,通过等熵压缩波在此接合面处相交实现“跳跃”。在控制面的上游,流动保持等熵。在本报告中所示的计算方法表明,喷管长度的减少量,是与跳跃的大小和沿控制面的位置相关联的。可以想象,只需少量的推力性能损失就可实现喷管长度的大幅度减少。这种设计观点最有希望应用在空间发动机的设计中。     

无喷管发动机装药变形计算

讨论无喷管发动机的计算原理,建立该发动机工作过程的数学模型.利用Total Lagrangian法编制有限元程序,并用它来计算无喷管发动机在点火冲击、压强和烧蚀作用下,其药柱、包覆层和外壳的应力、位移以及药柱变形后内通道形状的变化.     

珠承全轴摆动喷管的设计和分析

介绍了固体火箭发动机推力向量控制珠承全轴摆动喷管的结构方案和结构分析,论述了珠承接头的设计计算方法,评述了珠承全轴摆动喷管的优缺点和在固体火箭发动机上的应用前景.     

无喷管固体火箭发动机点火瞬变过程内流场计算

本文提出了计算无喷管固体火箭发动机压力建立过程的 P(x,t)模型,它的控制方程是一组一维非定常两相非平衡流和一组一维非定常两相非平衡流动力学方程,该方程采用 MacCormack 显示差分格式求解.本文还建立了在跨音速和超音速气流流动下的侵蚀燃烧模型,该模型适用于无喷管固体火箭发动机.利用本文的模型可精确预示无喷管固体火箭发动机点火瞬变过程的内弹道性能,并可研究无喷管固体火箭发动机的内流场变化规律.     

固体火箭发动机喷管扩张段刚度分析及优化

采用有限元素法对固体火箭发动机喷管扩张段进行了刚度特性分析，并从刚度出发提出了控制喷管推力方向的作动力方向的优化问题。最后，对某发动机喷管进行了分析。     

固体火箭发动机橡胶绝热层粘接分析

介绍固体火箭发动机金属壳体、绝热层、胶粘剂表面特征,并对其各界面粘接问题进行分析。阐明绝热层配方设计与界面粘接关系。确定胶粘剂研制、选用原则,分析界面脱粘类型及原因。控制工艺要点、降低界面缺陷,提高粘接性能,以满足发动机装药结构完整性和使用可靠性的要求。     

无喷管发动机内弹道性能简化计算方法

在分析一维准定常加质管流流场的基础上,从工程设计应用的角度出发,总结了大量的无喷管发动机的试验数据,归纳出一组半经验的无喷管发动机内弹道性能简化计算公式.应用表明,该组公式可以较精确地预示无喷管发动机的性能,又可方便地用于无喷管发动机的初步设计.     

可燃喷管固体发动机性能初探

可燃喷管固体火箭发动机具有成本低、可靠性高等优点,可用作运载火箭助推器,本文对它的性能进行了初步探索。理论计算的内弹道曲线及喷管型面与实验结果基本一致,实验结果表明,该发动机的比冲稍低于钢喷管发动机的比冲;喷喉圆柱段的燃速比收敛段和扩散段的燃速高,燃烧规律也不相同。     

美国固体发动机壳体用钢材的选择和发展

本文主要论述了美国大型固体火箭发动机壳体用钢材的选材探索,可靠性研究以及采用多β_(1c)和κ_(1c)/σs作为选材和判断壳体不发生低应力爆破的依据。     

固体火箭发动机燃烧室压强及喷管扩张比优化设计

以固体火箭发动机冲质比为目标函数，采用复合形法优化技术，对在一定高度范围内工作的纤维缠绕壳体固体发动机的燃烧室平均压强和喷管扩张比进行了优化计算。该方法特别对第一级工作的发动机总体方案优化的初步设计具有重要的参考价值。