中国航天固体火箭推进技术的发展

一、前言中国的现代固体火箭推进技术研究起始于上个世纪５０年代中期。开始阶段进行了复合固体推进剂的探索性研究，包括原材料、配方和工艺研究，成功地合成了液态聚硫橡胶，开发了真空浇注工艺，并进行了Φ６５mm和Φ１０８mm小发动机地面试车。１９６２年，中国航天科技集团公司第四研究院成立后，固体发动机研究工作全面开展。第四研究院是一家大型国有企业，一直是中国最主要的固体火箭发动机研究开发机构，下设各专业研究所和工厂，具有完整的研究、设计、生产和试验能力。迄今为止中国已飞行的航天固体发动机绝大部分由该院研制，交…     

航天四院固冲试飞器飞行试验获得圆满成功

2007年11月，中国航天科技集团第四研究院成功完成了固冲试飞器的飞行试验。试飞器分别采用斜飞、平飞姿态飞行，考核了固体冲压发动机在不同高度及典型高度下的飞行和燃烧性能，试飞器发射离轨、助推、分离、控制、转级等各项工作正常，飞行试验获得圆满成功。     

固体火箭冲压发动机的若干技术问题

简述了固体火箭冲压发动机类型及工作原理,总体评价了固体火箭冲压发动机发展时快时慢的原因,弹-机一体化设计、贫氧推进剂、进气道、转级机构、补燃室等设计中应注意的问题,提出了应加强的研究工作,即开展高能低沉积燃烧产物贫氧推进剂研究;完善多种燃气流量调节装置方案,提高其可靠性;进一步开展一次燃烧和二次掺混燃烧的理论和实验研究,提高燃烧效率;尽快建立自由射流等试验研究手段,开展相关的研究工作;适时开展固体燃料冲压、固体超燃冲压及膏体冲压等发动机的研究,不断拓宽应用领域。     

固体火箭冲压发动机一体化CAD系统设计

针对固体火箭冲压发动机的特点，研制了固体火箭冲压发动机CAD软件，该软件系统包括了燃气发生器设计、助推补燃室设计、进气道设计、发动机性能计算和飞行弹道的计算。使用该系统可进行固体火箭冲压发动机总体方案论证，预估发动机的主要结构尺寸和发动机的整体性能。本文以一假想的空－空弹用固冲发动机方案设计为例，介绍固冲发动机设计步骤和软件系统的特点。     

冲压发动机的发展和应用

冲压发动机利用大气中的氧气作为氧化剂,在高速远航程的飞行中具有独特的优越性。图1示出了冲压发动机的工作马赫数和比冲范围。当飞行马赫数大于3.5时,冲压发动机的比冲高于其它喷气发动机,是大气层内高速飞行的理想动力装置。冲压发动机结构简单,内部没有转动部件,质量小,推重比高,成本低,特别适于导弹和高速飞行器使用。 可以认为,冲压发动机的发展经历了4个阶段,即冲压发动机的概念研究阶段;普通型冲压发动机发展阶段;组合型冲压发     

冲压发动机控制路径研究

冲压发动机的性能高低很大程度上取决于它的控制品质.控制系统通过设置各种极限函数确保冲压发动机在外部干扰和内部扰动下可靠稳定工作,并结合任务特点采用不同的控制策略进行合理的调节,充分发挥出冲压发动机的性能.本文研究了3种不同控制参数下冲压发动机的稳定工作范围.针对不同的飞行任务的要求,研究了常用的控制策略下冲压发动机的控制路径.     

空射导弹用冲压发动机性能分析

对固体火箭冲压发动机、液体燃料冲压发动机，固液燃料火箭冲压发动机和固体燃料冲压发动机的性能进行了对比分析，探讨了上述冲压发动机在空射导弹方面的适用领域。     

整体式固体火箭冲压发动机的应用性能探讨

研讨了整体式固体冲压火箭发动机的工作原理及技术难点，建立了整体式固体火箭冲压发动机和导弹运动数学模型，并进行了仿真计算和分析；研究了整体固体火箭冲压发动机的应用性能。     

固体燃料超燃冲压发动机研究概况

对固体燃料超燃冲压发动机的应用背景、潜在优势,以及国内外研究现状和进展做了详细阐述。从固体燃料超燃冲压发动机工作原理、固体燃料类型、数值模拟以及实验研究等方面出发,论述了固体燃料超燃发动机研究的进展和难点,并对固体燃料超燃冲压发动机未来研究趋势进行了展望。研究认为:固体燃料在超声速流动下的热量分布与表面火焰传播等方面还需要深入研究,需建立不同固体燃料的受热行为模型;应用大涡模拟方法分析微尺度下流场结构并耦合固体燃料传热传质过程的可行性需进一步确认;考虑飞行参数,进气道与隔离段性能的发动机整体数值模拟工作需要进一步加强。     

非壅塞固体火箭冲压发动机工作特性研究

通过数值计算方法，研究了非壅塞固体火箭冲压发动机的高度特性，速度特性和导弹工作的稳定性。运用直连式实验，考察了这种发动机燃气流量的自适应调节特性。结果表明，非壅塞固体火箭冲压发动机是一种性能优良的冲压发动机。     

粉末燃料冲压发动机研究进展

粉末燃料冲压发动机采用高能金属或硼粉为燃料,兼具液体燃料冲压发动机推力可调、比冲高及固体火箭冲压发动机安全可靠、结构简单等优点,尤其是固体/粉末或液体/粉末燃料组合冲压发动机,粉末燃料的加入不仅可大幅提高传统冲压发动机的比冲等性能,还能改善并增加其原有功能,是极具发展潜力的新一代导弹动力装置之一。针对粉末燃料冲压发动机及其相关研究领域的发展现状进行了概述分析,并以此梳理出粉末燃料供给、发动机燃烧组织、发动机点火等粉末燃料冲压发动机主要关键技术,同时对发动机技术提出了高性能粉末燃料研究、冲压空气作为驱动流化气可行性研究、发动机快速响应和环境适应潜力及工作可靠性研究等几点研究展望。通过对粉末燃料冲压发动机相关研究技术进行综述梳理,明确了其研究的重点和难点,为发展高性能冲压发动机提供了一定参考。     

固体火箭冲压发动机性能调节研究

在对固体火箭冲压发动机的高度特性进行分析的基础上，分别研究了壅塞式和非壅塞式固体火箭冲压发动机性能调节特性及方案，并着重分析了非壅塞式固体火箭冲压发动机的燃气流量自适应调节原理与规律，分析计算表明，非壅塞式固体火箭冲压发动机不仅结构简单，且能明显提高发动机在非设计状态时的性能。     

含硼贫氧推进剂固体燃料冲压发动机性能计算

固体燃料冲压发动机所用推进剂为贫氧推进剂，故其热力计算与普通固体火箭发动机不同，但也有相似的地方。简述了固体燃料冲压发动机基于布林克莱法的热力计算原理，并以含硼贫氧推进剂为便，对固体燃料冲压发动机进行了不同情况的热力、流动和性能计算。得出了发动机比冲与推进剂中硼粒子含量、飞行高度及飞行马赫数之间的定性关系。     

燃气流量可控的固体火箭冲压发动机动态建模及模型降阶

燃气流量可控的固体火箭冲压发动机促进了其燃气流量控制系统的研究.模型研究是控制系统设计的基础.基于集中参数的思想建立了燃气流量可控的固体火箭冲压发动机动态模型,分析了固体火箭冲压发动机动态模型参数的物理意义及其工作过程中的变参数特性, 固体火箭冲压发动机动态响应时间由冷区容积时间常数、热区容积时间常数、激波传播时间常数和激波容积时间常数等组成, 工作条件的较大变化使得固体火箭冲压发动机在工作过程中具有较强的变参数特性.最后对固体火箭冲压发动机动态模型进行模型降阶,由频率分析的结果可知,模型降阶是合理的.     

固体火箭冲压发动机导弹一体化遗传算法优化设计

遗传算法能以很高的概率找到全局最优解，适合工程优化设计要求。研究以固体火箭冲压发动机为动力的导弹的冲仑方案设计，探讨采用遗传算法实现冲压发动机导弹一体化优化设计，给出满足战术技术指标的最优总体方案和冲压发动机方案。算例表明，遗传算法是用于固体火箭冲压发动机导弹一体化优化设计的很好的优化算法，通过一体化优化设计，可以提高冲压发动机和导弹的总体性能。     

超声速进气道流场三维数值模拟

超声速进气道是固体火箭冲压发动机至关重要的部件之一,直接影响燃烧室的燃烧及发动机性能。基于N-S方程、标准k-ε双方程湍流模型,利用FLUENT软件对某型固体火箭冲压发动机楔形超声速进气道内外流场进行了三维数值模拟。计算得到了超声速进气道在飞行马赫数为Ma=3.5的情况下的流场性能。并在相同马赫数下,研究了等比压缩和攻角条件下的进气道流场的分布情况。模拟结果表明：进气道的总压恢复系数和流量系数等性能指标受到攻角的影响而发生变化。     

国外固体火箭冲压发动机研制现状和发展趋势

固体火箭冲压发动机具有比冲高、重量轻、速度快、射程远等诸多优点，满足了新一代导弹对其动力装置的要求，近年来在国内外受到高度重视。简要地论述了国外固体火箭冲压发动机的研制现状和发展趋势。     

空空导弹的发展趋势及其对动力装置的需求

在新的世纪里,空空导弹将主要向远程和双射程两个方向发展.对远程空空导弹来说,冲压发动机几乎将成为其动力装置的唯一选择.本文从论述空空导弹的发展趋势入手,重点阐述了远程空空导弹对推进系统的特殊需求,对几种体制的冲压发动机作了详尽的分析和比较研究.本文认为非壅塞式固体火箭冲压发动机和流量可调式固体火箭冲压发动机对于未来的远程空空导弹来说是较有前途的选择.非壅塞式固体火箭冲压发动机技术简单,但性能略显不足;而流量可调式固体火箭冲压发动机虽然技术略微复杂,但性能优良,适应导弹全高度和超低空作战,是极具发展前景的远程空空导弹动力装置.     

飞行加速度条件下绝热层烧蚀实验研究

为了深入研究固体火箭发动机在飞行过程中前封头内绝热层碳化烧蚀率增大的机理和规律，国内外学者设计和研制了多种实验装置。本文在概述各种实验装置的基础上，进行比较分析，认为用烧蚀发动机在旋转实验台模拟飞行加速度开展绝热层烧蚀实验研究是一种经济实用的方法。     

固液火箭冲压发动机燃烧室流场数值仿真

固液火箭冲压发动机通过固液两种燃料匹配工作,相比传统的固体火箭冲压发动机和液体燃料冲压发动机具有较为明显的优势.基于离散相模型和单步反应模型,采用Fluent 对设计点飞行参数下,不同结构和不同工况条件下的燃烧室两相反应流场进行了数值仿真.结果表明,燃气发生器喷管参数和进气道进气角度主要影响空气与燃气流的撞击以及头部区...