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。     

国外固体推进剂研究与开发的趋势

从4个主要发展方向分别评述了2010年前固体推进剂研究开发的趋势，认为中近期较现实的高能推进剂组合可能是叠氮粘合剂／ADN／Al或AlH3；战术导弹实现低特征信号主要是以损失固体推进剂部分能量为代价，而低特征信号推进剂添加CL－20和ADN是提高其能量的首选途径，高氮化合物、氧化呋嗅化合物等也有良好的应用前景；采用钝感的粘合剂（如HTPE）、钝感的硝酸酯和合理调控固体添加剂的化学结构及物理性能是实现固体推进剂钝感的有效途径；介绍了用可水解粘合剂（PEGA）或热塑性弹性体（TPE）粘合剂制成的新型固体推进剂具有令人瞩目的少污染和可再生使用性能的实例。     

GAP高能低特征信号推进剂的研究

综述了四十二所GAP粘合剂和GAP高能低特征信号推进剂的研究及取得的进展、目前达到的技术水平。叠氮类推进剂可发展成高能、低特征信号和纯感推进剂，是今后战术发动机用固体推进剂的发展重点和方向。     

战术导弹动力装置与固体推进剂

本文论述了战术导弹动力装置的特点及采用固体推进剂的动力装置在战术导弹中的地位;分析了国外战术导弹所用固体推进剂的研制与发展特点;并根据未来战术导弹对动力装置的要求,预测了战术导弹应用的固体推进剂的发展.过去提出的比冲、比重、力学性能、玻璃化温度、压力指数、燃速温度敏感系数等所谓八大指标,已不能完全适应未来发展的需要,还要求更多的性能如燃烧特性、老化特性、或某神单项突出的特性如无烟、承受较大冲击过载等,以满足多种动力装置发展的需要.进一步改善推进剂的使用性、适应性、品种配套、降低成本都将是固体推进剂发展的重要课题,“混用”或组合将成为显著改善推进剂性能的重要途径.     

采用高低燃温组合装药降低喷管内表面温度和烧蚀研究

根据不同推进剂及目前热防护材料的性能特点,采用了一种组合药柱的新方法,用来降低喷管内表面的温度和烧蚀率。该方法的主要设计思路是将药柱形式分为前后两段,靠近发动机头部段使用高能推进剂,靠近喷管段使用低燃温推进剂。低燃温推进剂占总推进剂质量百分比的很少一部分。使用这样的组合药柱形式,低燃温推进剂燃烧产生的气体会在喷管内表面形成一层低温帘幕,从而降低喷管内表面的温度和烧蚀率,使高能推进剂在固体火箭发动机设计上得到应用,并有助于提高发动机的质量比。     

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.     

叠氮复合固体推进剂技术研究

分析了航天器和导弹武器系统对固体推进剂提出的新的要求和实现这些要求的技术途径。介绍了国外研制低特征信号叠氮固体推进剂的主要原材料叠氮粘合剂、含能增塑剂、高能高密度氧化剂的发展概况和关键技术。分析认为，由以上材料组成的叠氮复合固体推进剂具有含能量高、密度大、发动机排气羽烟对微波、激光和可见光的透过率高等特征，因此这是一种很有前途的新型推进剂。     

自沉淀法合成高相对分子质量聚乙二醇

高相对分子质量聚乙二醇具有柔顺性好、极性大、力学性能优良、与硝酸甘油酯互溶性好等优点,是一种理想的高能固体火箭推进剂粘合剂。以对苯二甲酰氯为扩链剂,在DMF和石油醚混合液中将聚乙二醇6000(PEG6000)扩链成PEG12000,系统考察了温度、时间、PEG6000与对苯二甲酰氯的摩尔比和浓度比对反应的影响。结果表明,当反应温度为50℃,PEG6000与对苯二甲酰氯的摩尔比为1∶1.5,摩尔浓度比为1.1∶1,反应时间为7 h时为最佳反应条件。同时,通过调节DMF和石油醚的体积比,实现了PEG12000的自沉降扩链合成,产率为47%。综上所述,该方法可实现对低相对分子质量PEG的扩链聚合与原位沉降,最终合成出相对分子质量可控、分布窄的高相对分子质量PEG,可为高能固体推进剂提供一种双官能度且相对分子质量高的PEG粘合剂。     

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。     

固体推进剂领域专利概况分析

<正>固体推进剂是固体火箭发动机的动力源用材料,特别是端羟基聚丁二稀(HTPB)、高能硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂的出现,使固体推进剂更加广泛应用于战术、战略导弹和航天运载领域中,固体推进剂的性能也直接影响导弹武器的作战效能和生存能力。目前,各国都在针对战略、战术武器系统生存环境要求的提高,积极探索、开发以高能量密度材料合成及应用为主体的新型高性能推进剂,同时,也积极追求固体推进剂的低特征     

低温动态准双轴拉伸加载下HTPB推进剂的热老化性能

为分析热老化后三组元端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂在低温动态准双轴加载下的性能，开展了不同热加速老化时间、不同温度和应变率条件下推进剂的准双轴拉伸力学性能试验及扫描电镜(SEM)观察试验。试验结果表明：热加速老化前后，推进剂的拉伸曲线趋势、力学性能变化规律及细观损伤形式保持一致，改进型非线性模型能够更好地描述1~100 s -1 应变率范围内典型力学性能参数随热老化时间的非线性变化关系。随温度降低，老化后推进剂的断面形貌由“脱湿”变为AP颗粒断裂，热老化、低温以及高应变率载荷的叠加使得推进剂的细观损伤变得更加严重，但准双轴拉伸时损伤程度相比单轴拉伸时有所减弱。热老化32 d、74 d和98 d后-50 ℃、 14.29 s -1 加载条件下的最大伸长率分别为未老化时室温、0.40 s -1 条件下数值的28.79%、27.58%和25.63%，该参数定义可为分析长期贮存后战术导弹SRM药柱在低温点火条件下结构完整性失效的准则提供数据支持。     

固体火箭发动机静电的产生与防范

论述了固体火箭发动机产生静电的机理，分析了发动机在系统中的电磁环境，同静电起电有关的位置环境，提出了发动机发生静电激发点火的模式。以复合材料壳体并装有丁羟推进剂药柱的固体发动机为例，对其静电发火可能性及防范措施作了分析。按照有关的静电感度标准和试验方法，对发云南壳体，药柱，片状或粉状推进剂和火工品，进行了静电特性的试验。     

固体发动机燃烧流动基础问题与研究建议

针对固体火箭发动机（SRM）的未来发展进行了探讨，提出了多学科协同的发动机总体设计优化技术、发动机精细化设计和性能精确调控技术、发动机虚拟试验与数字孪生技术以及发动机先进试验与测量技术是支撑固体发动机未来发展和应用的重要技术。为了实现固体发动机的细粒度建模、多维度设计和高精度仿真，在燃烧流动领域需要重点关注的基础问题包括：发动机环境下固体推进剂细观燃烧机理和燃烧模型、发动机内凝相运动行为模式及多相流输运规律、发动机非线性燃烧不稳定机理、凝相撞击壁面的行为模式和对壁面的力热作用规律、多相燃烧产物作用下绝热结构失效模式与破坏机理、多相燃烧产物生成与输运过程对能量转换的影响机理。最后提出了相关建议，以期更好地推动固体发动机燃烧流动领域的基础研究，更好地服务于固体发动机技术的未来发展。     

GAP/AN推进剂的热分解催化研究

研究了ＧＡＰ／ＡＮ推进剂的燃速与硝酸铵放热分解峰温之间的相关性，硝酸铵的放热分解峰温越低，推进剂的燃速越高。用热分析方法筛选出了ＧＡＰ／ＡＮ推进剂有效的燃速调节剂ＭＯ，它能促进硝酸铵分解过程中质子转移反应，因而使ＧＡＰ／ＡＮ推进剂燃速提高。     

MIC - a self deploying magnetically inflated cable system for large scale space structures

A new approach, termed MIC (Magnetically Inflated Cable) that enables large, lightweight very strong and rigid space structures is described. MIC would be launched as a compact package of coiled superconducting (SC) cables. After reaching orbit, the cables would be cryogenically cooled and electrically energized by a small power source. The resultant repulsion magnetic forces between the DC currents in the SC cables automatically cause the coiled launch package to self deploy into the final large space structure. The SC cables are held in place by a distributed network of high tensile strength tethers (e.g., Spectra material), creating a very stiff, rigid truss structure that strongly resists bending and torsional, etc. movements, without the need for gravity gradient stabilization. A linear quadrupole (LQ) MIC configuration is described that is suitable for large solar power satellites, space stations, space hotels, propellant tanks, manned Mars spacecraft, etc. The LQ has 2 long SC dipole loops, of horizontal width W, length L, and opposite magnetic polarity, which are vertically separated by distance W, producing a long truss structure of square cross-section (width W) with the 4 SC cables at the corners of the square. The SC currents are opposite in adjacent cables, yielding an outwardly directed net radial force on each cable. The ends of each SC loop experience outwards longitudinal forces. The magnetic forces are very strong, even for modest supercurrents. For example, a 4 meter square truss with I = 250 kiloamp has an outwards radial force of 220 kg per meter of cable. and 5250 kg outwards longitudinal force at the ends of each SC loop. The network of restraining tensile lines can support lightweight structures, including solar panels, propellant tankage, habitat modules, power transmission lines, etc. The design of a 1 kilometer long, 4 meter square cross section MIC truss for solar power satellites is described. The MIC launch package fits within the length/weight constraints of the shuttle bay, and includes all of the helium coolant lines, thermal insulation, and refrigeration equipment required.     

导弹/火箭制导、导航与控制技术发展与展望

本文对导弹/火箭制导、导航与控制(GNC)技术的发展进行了综述。总结归纳了不同阶段GNC关键技术的突破与跨越，重点对惯性导航、组合导航、摄动制导、闭路制导、迭代制导、频域设计、全数字设计、冗余控制、自适应控制等多项技术进行了总结和应用成果论述。〖JP2〗对未来GNC技术的发展进行了思考与展望，并提出了七项关键技术。针对更聪明、更自主的弹/箭控制技术发展需求，提出并分析了“会学习”弹/箭的制导、导航与控制技术。     

固体发动机包覆层与推进剂界面脱粘裂纹稳定性分析

为了判断固体发动机药柱包覆层与推进剂界面脱粘裂纹在燃气内压和轴向过栽联合作用下的稳定性,以翼锥药型并含前后伞盘的固体发动机为例,应用有限元方法,建立界面脱粘的三维有限元计算模型,在界面脱粘裂纹尖端设置三维奇异裂纹元,模拟裂纹扩展。通过在包覆层与推进剂界面上设置不同深度的脱粘,分别计算不同深度时脱粘裂纹的应力强度因子,得到裂纹应力强度因子随脱粘深度的变化规律,由此判断裂纹的稳定性。     

固体火箭发动机点火瞬时内流场轴对称数值分析

应用流体计算软件(FLUENT),通过UDF(用户定义函数)编程,考虑了辐射热量的影响,对固体火箭发动机点火瞬时内流场进行了轴对称数值分析,得出了点火瞬时的压强．时间曲线、各时刻的流场和推进剂燃面上的辐射热量。从具体数值上分析了辐射热量对点火瞬时的影响。研究结果表明,该方法可较好地预示点火瞬时的内流场和压强变化情况。