三叉戟Ⅰ(C_4)导弹第三级的高性能 PRD—49—Ⅲ纤维缠绕燃烧室的研制

洛克希德导弹空间公司计划采用杜邦公司的低密度、高强度、高模量PRD——49——Ⅲ纤维,研制一种三叉戟Ⅰ(C_4)导弹第三级所需的高性能纤维缠绕燃烧室,计划分三步进行:(1)确定材料的基本性能的特性数据;(2)用小尺寸的燃烧室试验来评定设计和制造设想;(3)用全尺寸壳体的爆破和结构试验来验证和确定设计与制造技术。本文提供了材料的基本性能以及小尺寸和全尺寸壳体的数据,数据证实了PRD—49—Ⅲ纤维燃烧室要比S—901玻璃纤维燃烧室轻35%,且复合材料的环向模量增加70%。     

新一代的固体火箭发动机壳体材料

近几十年来,国外在固体火箭发动机复合材料壳体的研制方面,有了很大的进展。六十年代初期,美国用玻璃纤维作北极星A2、北极星 A3、海神 C3等导弹的发动机壳体材料,与金属材料相比,强度是钢的两倍以上,重量可减轻60%左右。七十年代中期研制成功了凯夫拉49纤维,用于三叉戟Ⅰ、MX 等导弹上,较之玻璃纤维,重量轻35%,且复合材料的环向模量增加70%,特性系数由2.1×10~6厘米增至3.3×10~6厘米。近几年来又研制了高强度石墨纤维,这是新一代的固体火箭发动机壳体材料,如果用它来代替 MX 导弹所用的凯夫拉材料,还可减少结构重量20～30%。据称,石黑纤维壳体的尺寸稳定性优良,可以减少推进     

石墨纤维航天飞机助推器壳体

美国赫克力斯宇航分公司为航天飞机计划制作了石墨纤维复合材料的壳体分段。采用石墨纤维壳体的主要优点是可以增大航天飞机的有效载荷。下图示出的这个分段是由赫克力斯公司巴克斯厂复合材料结构中心制造的,将在今年初进行试验。这个分段系全直径壳体分     

小型洲际弹道导弹第二级发动机点火试验

航空喷气战略推进公司为美国空军小型洲际弹道导弹计划研制的第二级模样固体火箭发动机在该公司的加州萨克拉门托的试车台进行了点火试验。2月9日的点火试验中,发动机推力为41000磅、燃烧时间为41.7秒。该公司说,此发动机采用了石墨纤维缠绕壳体、碳碳喷管材料和一种新型内绝热层。上星期,空军与四家公司签订了六份合同,继续设计和研制小型洲际弹道导弹推进系统。联合工艺公司化学系统分公司得到了价值为6210万美元的研     

美国研制石墨/环氧发动机壳体

最近,美国对一种六十年代空间飞行器的火箭发动机进行改进,作为两级空射导弹的顶级使用。这种发动机采用石墨/环氧发动机壳体。性能研究结果表明,这种壳体具有很大的优越性。如在承受导弹的较高速度,较大射程和较大飞行高度方面,比现在应用的玻璃纤维/环氧发动机壳体具有更大强度和刚度。用 T300型石墨纤维代替 S901玻璃纤维缠制的发动机壳体,重量减轻     

PRD49—Ⅲ/环氧和凯夫拉49环氧复合材料压力容器的老化结果

凯夫拉49/环氧复合材料由于高的比强度,正逐渐用于结构材料。目前已用于三叉戟发动机壳体和航天飞机的各种压力容器。一九七九年我们发表了用凯夫拉49试制品制作的圆筒压力容器的初步老化结果,这种试制纤维称为PRD49—Ⅲ。本文完整地报导了持续十年的老化数据,给出了用凯夫拉19正式产品绕制的球形压力容器老化七年半的数据。     

航天飞机纤维缠绕壳体的抗压强度研究:第一部分—试验

航天飞机起飞的瞬间,其主发动机的点火给予固体火箭助推发动机的纤维缠绕壳体一个很大的弯矩,使复合材料壳体的尾部受到了很大的压缩载荷。由于连接的需要,复合壳体尾部具有很复杂的设计,涉及到嵌入的布带和螺旋层减薄问题。为了研究发射瞬间加载状态下的纤维缠绕壳体性能,开始了试验和分析的综合研究。本文将叙述试验计划的研究结果,包括几台全尺寸和300多台缩比壳体的试验。该计划从短期研制工作开始,其目的是要确定适合的缩比试验样品,以便测定材料的抗压强度。一旦缩比样品确定之后,就开始实施更全面的试验计划来确定缠绕壳体的工艺和设计参数变化对强度的影响。为了验证分析预测的有效性,在模拟发射瞬间的弯曲状态中进行了全尺寸壳体试验。在所有的试验中特别注意观察壳体破坏的顺序,即载荷从螺旋层薄弱部位传递到坚固布带终止部位的复杂过程。     

欧洲同步科学卫星用的远地点发动机

意大利斯尼亚粘胶公司和法国“欧洲推进公司”于1973年5月开始联合研制“GEOS”欧洲同步科学卫星的远地点发动机,前者负责计划管理,发动机设计,推进剂和绝热层研制,发动机的装配和试验;后者负责壳体、喷管和点火器的设计、制造和试验。计划于1976年1月完成,将成为欧洲首创的远地点发动机。发动机长1130毫米,直径684毫米,装端羧聚丁二烯推进剂267公斤,壳体材料用 Ti—6A1—4V 钛合金,绝热层用石棉乙丙橡胶,采用半潜入喷管,喉径67毫米,膨胀比37,高密度石墨喉衬,碳布缠绕扩散段。发动机总重303公斤,燃烧室平均压力23公斤/厘米~2,真空最大推力2360公斤,真空比冲286秒,使用温度范围-10~℃～+40℃,相应的燃烧时间为51和47秒。研制工作分初步设计、金属件设计,组件鉴定,研制试验,鉴定试验和验收试验六个阶段。研制、鉴定试验中全尺寸发动机试车4发,验收批4发,其中试车2发,交货2发,提出这个报告时,正进行鉴定试验工作,已经取得的试验结果都很好,但研制试验有一台发动机经 X 射线检查,发现装药有缺陷而未进行试车。     

高性能战术导弹发动机的研制

根据空军火箭推进实验室的合同 F021611—78—C0061,已研制了一种固体燃料火箭发动机,用于空中发射高性能战术导弹。该发动机采用了凯夫拉纤维缠绕壳体,高固体含量的 HTPB 推进剂,直径为20.5英寸。它包括连接凯夫拉壳体的飞机发射吊耳连接器,塑料的火箭式点火器,EPDM 绝热层和含90%固体,其中22%铝粉的推进剂配方。到目前为止,已制造了五台壳体,其中两台为发动机。一台已进行了水压爆破试验,有两台以假发射/系留飞行加载的安装形式进行结构试验,两台用作发动机,并在环境温度和一65℉温度条件下成功地进行静态试验。低温发动机试验包括在燃烧初期和末期有两次感应冲击脉冲,以便试验弹道稳定性。发动机的性能极好,得到的比冲与予计的相同。全面鉴定了高固体含量 HTPB 推进剂(TP—H1203)在-65℉温度下的力学性能。对推进剂的松弛模量、双轴拉伸,高速/加压的单轴拉伸性能进行了测量;还对裙部剪切强度,人工脱粘的拉伸强度及绝热层/包复层/推进剂系统之间的模拟人工脱粘端面强度进行了测量。由于发动机和推进剂的实验成功,因此,研制计划扩大了。其中包括将壳体结构重新设计以便完全适合于系留飞行加载环境,并解决在结构加载试验中所发现的强度/刚性问题。这一新的工作将包括另外制造两台壳体,进行结构试验及实验室材料试验和缩比的结构评价等项目。石墨纤维将与凯夫拉为基的叠层片成为整体,使壳体结构足以承受局部超过37,000磅的径向载荷。     

航天用改型芳酰胺纤维

纤维缠绕压力容器和火箭发动机壳体所用的芳酰胺纤维,其性能是由纤维强度和纤维一基体粘结力所决定的。用一种新的、强度更高且纤维—基体粘结力最佳的凯夫拉有机纤维,使压力容器的性能提高了50%。压力容器环向应力达到了3.55GPa,特性系数(PV/W)达到了40.4km。这种新纤维有较高的损伤容限。用于压力容器,其损伤容限为高应变石墨纤维(如IM—6)的十倍,是普通凯夫拉有机纤维的两倍。     

固体推进剂分阶段燃烧系统末助推方案

航空喷气战略推进公司在美国空军资助下,研制并成功地试验了一种固体推进剂分阶段燃烧系统,这种系统可以用于战略弹道导弹的末助推控制系统,如三叉戟-Ⅱ潜地弹道导弹,MX 导弹的下一代 SICBM 小型洲际弹道导弹。用这种系统将导弹推进到环绕地球的停泊轨道,以提高导弹对抗反导弹的生存能力。MX 导弹本来也可以使用这一系统送入地球停泊轨     

美、苏、法潜地导弹飞行试验

世界上拥有潜地导弹的国家有美、苏、法、英四国。美、苏、法三国的潜地导弹是自己研制和试验的,英国的是从美国买的。一、飞行试验概况(一)美国美国从1956年底开始研制固体潜地导弹,先后研制成功北极星 A1、A2、A3,海神 C3和三叉戟 I C4导弹。目前正在研制三叉戟Ⅱ导弹,预计1987年初进行首次研制性飞行试验。美国潜地导弹的飞行试验,大致可分为研制性飞行试验、演练性作战飞行试验、作战训练飞行试验和后续飞行试验三种。     

1985年固体火箭的主要成就

1985年是固体火箭技术在航天应用方面非常活跃的又一个年份。莫顿—锡奥科尔公司进行了两次石墨纤维缠绕壳体发动机的地面试车,证明了这种发动机能把航天飞机的有效荷载能力提高4600磅。这种石墨纤维缠绕壳体是赫克力斯宇航公司制造的。它的最后鉴定试验是在9月份进行的。为了进行定于下一年的首次飞行,该发动机的所有各段已运抵加州的范登堡空军基地。在6月份,航天飞机创造了一项“第一”,当时,麦克唐纳—道格拉斯公司制造的有     

“三叉戟”潜地导弹

三叉戟潜地导弹是美帝正在研制中的远程潜地导弹。1977年1月首次飞行试验成功,到1977年12月初已成功地进行了九次飞行试验,研制进展很快。现将三叉戟导弹研制情况作一简单介绍。     

编织碳/碳喷管的研制

本报告讨论了一种先进的碳/碳材料的研制及其在固体火箭发动机喷管中的应用。这项研制工作是莫顿·锡奥科尔公司瓦沙奇分部研究与发展计划的一部分。1981年,莫顿·锡奥科尔公司研制的二维碳/碳出口锥成功地通过了试验。但是,这种材料缺乏足够的轴向刚度,并显示出较低的层间强度。因此,进一步研制了一种新的使用整体轴向和径向碳纤维的连续四维编织物。材料的特性试验表明,这种材料具有突出的力学性能:抗拉强度为2.068×10~8Pa,而且有较高的破坏应变和较低的模量。喷管用机械加工方法预制成型,因而制造成本较低,研制投产时间较短而且材料价格便宜。另外,由于排除了人为因素在生产过程中的影响,因而具有较高的可靠性。通过喷管内轮廓上纤维束的定向排列可以得到近似的编织形状和厚度的部件。为1985年静态试验用的整体喉部出/入口锥(ITEC)和常规出口锥构件已经制成。     

M—X某些研制情况

在M—X 批准阶段(Validation phace),研制的重点为推进装置、制导设备、再人体,以及机动发射。推进装置方面,将研究采用高能推进剂,以及重量小、推力偏角大,扩散段可延伸的喷管,比重小的壳体材料。为了利用先进的推进技术,计划研制和试验一些先进的末级发动机初样机(Preprototype),它采用改进的推进剂和先进的壳体结构。这种发动机有四发要在阿诺德工程发展中心进行高空模拟静态点火试验,第五发将在模拟的活动条件下进行振动和冲击试验。第三级研制计划中,将生产和试验具有早期推力终止能     

大型纤维缠绕复合材料壳体的结构—工艺设计问题

综合分析比较了同内外在大型纤维缠绕复合材料壳体研制试验，对其发展趋势及结构－工艺设计等主要问题，以及对涉及纤维，树脂基体，复合裙，壳体内外绝热层的材料，部件，检验和具体工艺问题作了分析和讨论，提出了建议和看法。     

用内压降压试验和埋入式传感器测定固体推进剂的有效模量

赫克力斯(Hercules)公司研制了一种无损试验方法,用埋入式应力传感器系统测定全尺寸老化试验发动机的推进剂模量。该方案包括两项实验计划,一项为标定试样试验;另一项为全尺寸发动机试验。第一项计划用来确定传感器响应和推进剂模量间的关系。其方法是将三种型号的赫克力斯传感器预埋在已知拉伸模量值的推进剂中制成标定试样,进行定水压试验和高速降压试验。根据试验数据作出定压载荷下三种型号传感器响应和推进剂模量的关系曲线。然后根据降压试验数据和定压试验结果提出一项确定标定试样模量的程序。第二项计划采用一台三叉戟-Ⅰ第三级老化试验发动机,发动机绝热层粘贴有几个赫克力斯传感器,采用标定试样所用的低定压试验和快速降压试验方法,根据埋入传感器的响应确定发动机推进剂的模量。实测推进剂模量值和从应力松弛模量主曲线算出的值相当接近。     

美航空喷气公司的合成纤维缠绕的发动机壳体水压试验成功

不久前,航空喷气公司对一发用“杜邦”合成有机纤维缠绕的大型发动机壳体进行了水压试验,并获得成功(如下图所示),它将用作M—X 的发动机壳体。在同样承载能力下,该壳体较玻璃纤维壳体为轻。公司吹嘘说,壳体能够承受的压力,显著的超过了设计指标,证明航空喷气公司研制合成有机纤维壳体的技术是先进的。据称,研制的合成有机纤维壳体应用范围广泛,除用作M—X 壳体外,还准备用于空军空间和导弹系统组织航天飞机用临时(Interim upper stage)末级固体发动机壳体.     

某碳纤维复合材料发动机壳体设计研制

介绍了某直径400 mm碳纤维缠绕复合材料发动机壳体的设计研制。根据该发动机的结构,以石棉/丁腈橡胶为壳体绝热层材料,用网格法建立了封头和筒段等结构层的模型,并给出了发动机的纤维缠绕壳体壁厚和层数设计结果,以及芯模制作、壳体绝热层成型和壳体裙装配等主要成型工艺。工作压力、气密和爆破等水压试验结果表明,所设计的碳复合材料发动机壳体满足性能要求。