火箭发动机聚氨酯包复层配方

本发明叙述制造固体推进剂发动机用的聚氨酯配方,着重叙述火箭发动机燃烧室即壳体的完全固化包复层。由于种种原因,固体推进剂发动机需要有包复层,使发动机壳体具有不透气性;在壳体与推进剂之间形成一层绝热薄膜;并作为壳体与推进剂之间增强推进剂粘结的中间层。业已     

固体火箭发动机的超声波探伤

本文评述了超声波探伤技术检测固体推进剂火箭发动机最严重的缺陷之一:壳体—包复层和包复层—推进剂间脱粘的能力。它报道了目前工厂使用的超声波脉冲多重反射法对于检查壳体—包复层脱粘是最有效的方法,但是在检查包复层—推进剂间脱粘方面不是很有效的。我们用发动机样品实验的结果表明:如果使用连续的不同频率的信号源和在干涉情况下分析反射波频谱,则脉冲多重反射法不仅能够检查壳作—包复层间的脱粘而且也能检查包复层—药柱间的脱粘。     

惯性顶级固体进推剂的研制与鉴定

本文介绍了惯性顶级(IUS)固体火箭发动机用的丁羟推进剂及推进剂/包复层/绝热层界而系统的研制情况及生产历程;介绍了根据发动机设计要求选择推进剂配方的情况和推进剂的主要性能;还介绍了研制期间对配方和工艺的某些小的修改及修改原因。本文亦讨论了推进剂/包复层/绝热层的界面系统,包括包复层化学的主要特性和控制迁移现象以提高粘结系统的完整性的方法。     

使用可控固化包复层降低火箭发动机的生产成本

现己发展了一种能降低固体推进剂火箭发动机工艺成本的方法。该方法是使用封端异氰酸酯生产一种可控固化包复层,这种包复层具有适用期和存放时间可长可短的性能。成本降低是通过仪器设备的合理安排和利用来实现的。业已证明,包复层于25℃温度下的适用期在400小时以上;温度更低时,适用期超过12星期。在已延长的存放期前后,封端异氰酸酯包复层与端羟基聚丁二烯推进剂和火箭发动机惰性组元的粘结性能都非常好。若包复层初始状态是未固化和预固化的,那么在-18℃～63℃温度下的存放时间能达到12个星期。并且己经证明,要求快速固化时,封端异氰酸酯包复层中可以加入固化催化剂。     

嵌入金属丝复合推进剂中止燃烧试验成功

我厂在研制产品过程中,地面试验出现压力爬升、壳体烧穿与爆炸等现象。我厂试验工作者自行设计试验装置,采用实心药柱嵌入金属丝复合推进剂进行中止燃烧,实现了单室双推力的设计方案。通过试验,验证设计燃面变化和解决上述故障原因,摸清了装药包复层在发动机工作状态下的工作性能,发动机熄火正常,残药完整,包复层不脱落破碎。     

固体火箭发动机壳体粘结衬层系统

对于固体火箭发动机壳体粘结衬层系统,提出了在阻挡层/衬层/推进剂配方中弄清化学性质,工艺变量,以及它们如何影响界面粘结性能的思路.层间扩散速率和每层固化速率需与界面固化的化学改变最小一起考虑。控制阻挡层固化,以减少衬层和推进剂反应物与增塑剂的迁移,且为衬层提供有效的粘结表面.HTPB 是衬层和推进剂的组分之一,其固化时间的变化会影响扩散速率.壳体粘结衬层系统愈来愈复杂,其参变量也就愈来愈多,当更多的变量接近于规范极限时,就会提高可能失效的统计显著性。对于现行的衬层系统应进行工艺变量研究,以期进一步提高各层界面粘结的可靠性.     

X—射线实时检测系统

推进剂内部和推进剂—包复层界面的裂纹、气泡和脱粘的 X-射线实时显像检测系统的产生是固体推进剂火箭发动机质量控制的重大突破。在此之前,用成本很高的普通胶片 X-射线照相法进行抽样检验,而且对送检的每台发动机只能沿推进剂—包复层界面切线方向每隔60度或120度作局部 X-射线检查。新方法具有自动地连续100%检验能力,其成本低于普通的胶     

用包复氧化剂的方法提高固体火箭推进剂的燃烧稳定性

用直径为6.25cm的端面燃烧发动机,装填高氯酸铵—端羟基聚丁二烯无金属推进剂进行了试验,探索应用包复氧化剂的方法,来改善燃烧稳定性。包复物质的热降解特性是通过对推进剂的热扩散系数进行理论分析推导得来的。选用了几种包复剂,推进剂用浇注法装填,这些推进剂(含包复过的氧化剂)在端面燃烧试验发动机内点火燃烧,实时记录压力一时间曲线。为了对比起见,用参比推进剂(氧化剂未包复)进行了同样试验。由扫描电子显微镜和BET吸附法测定来确定包复层的均匀性。体积型不稳定性频率、压力波动幅度以及稳定性边界均与火箭发动机特征长度(L*)有关的一些参数相关连。一般来说,用包复过的氧化剂制备的推进剂,燃烧稳定性比参比推进剂燃烧稳定性好。各种参数之间的相关性与新领域内许多未知因素有关。     

用于推进剂—包复层粘结破坏的改进的最大主应力破坏准则

通过采用改进的最大主应力破坏准则,改进了固体火箭发动机推进剂—包复层—绝热层粘接系统的结构表征方法。连同模拟药柱—壳体加载状态试件的研究,这种工程分析方法得到了发展。航空喷气战略推进公司目前使用这种方法来计算发动机粘结面的最大法向应力分量和最大切向应力分量。然后把计算值分别与粘结试件的抗拉和抗剪试验测定的断裂应力值进行比较。为了同时测得拉伸应力分量和剪切应力分量,按一定角度拉伸试件,所得粘结试验数据表明,这种方法可以通过使用适当的应力集中因子加以改进。这些应力集中因子由粘结试件的有限元分析来确定。用类似的方法可以证明,这种改进的最大主应力破坏准则可精确地模拟各种拉伸角和压力下的试件粘结破坏。文中给出了评价这些及其他破坏准则的试验程序和分析方法。     

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。     

固体发动机药柱粘结试件的三维应力分析

推进剂／衬层／绝热层矩形粘结试件已作为随发动机测试试件，用于监控药柱最薄弱的推进剂／衬层界面粘结质量。由于试件较厚，又材料具有粘弹特性，因此应对它进行三维粘弹性有限元分析。本文分析了推进剂／衬层界面附近的应力分布情况，并给出试件启裂点有效应力与拉伸平均应力之比的集中系数，供药柱结构完整性分析人员使用     

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。     

用扫频超声法检测H—Ⅱ火箭固体发动机的衬层／推进剂界面脱粘

本文所介绍的扫频超声检测法,既可检测固体发动机壳体/衬层界面,又可检测衬层/推进剂界面的脱粘。这种检测法,已成功地用于生产现场、发射阵地 H-Ⅰ火箭的远地点发动机和第三级发动机的检测.试验结果证明此法还可用于 H-Ⅱ火箭固体发动机的检测.     

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.     

推进剂预固化技术与药间粘结

单室多级推力同心药固体发动机是未来导弹需要的动力源,但是粘结层燃烧特性与被粘结的某种推进剂有差异时,会造成内弹道异常。采用推进剂“预固化”技术是同心药柱装药工艺的有效途径,该技术利用推进剂预固化余留的部分宫能团与第二次浇注的合同固化体系药浆交联成网络,解决两种推进剂间界面粘结的问题。文中探索出的技术途径,不需要增加设备,操作简单,通用性强,可用于同类型复杂的药型装药。     

复合固体推进剂整机修复技术

依据复合推进剂界面特性，对实际研制中因种种原因造成的发动机内推进剂缺陷，采用界面化学反应进行整机修复。提出了粘结模型，介绍了几种粘结配方和整机修复的实例，这种复合固体推进剂整机修复技术能使发动机重新恢复到正常的内弹道性能，很有实际意义。     

四院召开界面学术研讨会

航空航天部四院于1992年9月2日在西安召开固体发动机界面学术研讨会,会议由院科技委组织,为时二天。与会同志就界面理论、工艺研究、质量控制以及界面测量技术进行了交流和讨论,共发表学术论文14篇。复合材料固体火箭发动机有多种界面,包括增强纤维/基体界面(相),推进剂/衬层/绝热层/壳体各粘接界面,人工脱粘层粘结面,密封材料与部件接触面等等。界面质量不仅是材料和机械制造的一般问题,更是困扰宇航和导弹发动机研制生产厂家的重要问题。八十年代以来,在造成发射及试验失败的诸多原因之中,界面失效占了相当大的比例。因此抓住界面研究和工艺改进,正是抓住了固体发动机向高质量、高可靠性发展的一个关键。     

新型高燃速推进剂在固体发动机内燃烧特性研究

新型高燃速推进剂是一种采用小球粘结、无溶剂挤成型的复合改性双基推进剂,20℃、6.86MPa下用靶线法实测静态燃速为46.25mm/s。为研究这种新型高燃速推进剂在发动机内的燃烧特性,在不同燃通比和燃喉面积比的装药条件下,进行了发动机试验,获得了相应的压强-时间曲线。分析结果表明,该推进剂在火箭发动机内不同压强下可出现3种完全不同的燃烧类型,即类似于双基推进剂的平行层燃烧、类似于超高燃速推进剂的对流燃烧和有限对流燃烧,并给出了3种燃烧类型的判断条件。     

航天发动机用的低密度绝热层的研制

业已公认,减轻航天发动机的消极重量是十分必要的。其中的一项措施是研制和应用先进的复合材料发动机壳体,如计划于八十年代初期发射的MAGE欧洲远地点发动机所做的那样。但是,通过降低壳体内绝热层材料密度,还可以进一步降低发动机消极重量。由于认识到了这样做的必要性,从而开展了本文所述的新型低密度橡胶复合材料的研制工作。这些橡胶材料,大体上都以三元乙丙橡胶(EPDM)为基体,以石棉为填料,以过氧化物为固化剂,适用于装丁羧推进剂和丁羟推进剂的发动机。所述的研制计划除研究了配方技术,调整热性能、烧蚀性能和力学性能以满足发动机要求外,还研究了加工工艺的最佳化,包括易于固化以及和壳体推进剂的粘接性能。     

发动机药柱的试验评价

药柱结构的完整性通常以实验室方皮试样的力学性能数据来评价。过去数年中,为了验证药柱结构能力,航空喷气公司进行了大量的试样切割和发动机解剖试验。从这些试验清楚地看出,标准方皮试样数据与实际推进剂药柱的整体和局部性能数据以及包复层/绝热层等其它材料性能数据相比,常常是不完整或是有差错的。为什么会得到不一致的结果,还不能圆满地解释。但很明显,发动机的工艺方法和总装后发动机的材料相互作用是出现差异的重要因素。本文提供了对发动机研究的实例,验证了把推进剂药柱的试验鉴定作为整体结构评价关键因素的重要意义。