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走向强国的脊梁,固体火箭发动机全程分析
作者:金骑将军    文章来源:博客    点击数:    更新时间:2008-7-6
  理论比冲为260~270秒(2550~2646牛•秒/千克),密度1.75~1.80克/立方厘米 。危险等级1.1级。 

  在双基推进剂的基础上大幅降低基本组分硝化纤维素和硝化甘油的比例,加入高能量固体组分,包括氧化剂(高氯酸胺AP,高能炸药黑索金[RDX]或奥克托金[HMX]等)和可燃剂(铝粉等)。硝化纤维素(含氮量12%左右)被硝化甘油塑化作为粘合剂,或是硝化纤维素和硝化甘油双基母体作粘合剂,硝化甘油还作为增塑剂,再加入一些添加剂,混合后使用压伸成型或浇铸成型工艺制成药柱,这就是复合改性双基推进剂(CMDB)。  

  在CMDB配方基础上加入高分子化合物作为交联剂,它内含的活性基团与硝化纤维素上残留(未酯化)的羟基发生化学反应生成预聚物,预聚物的大分子主链间生成化学键,交联成网状结构,预聚物作为粘合剂可以大幅改善推进剂的力学性能,这类推进剂就被称为交联改性双基推进剂(XLDB)。主要交联剂有异氰酸酯(如六亚甲基二异氰酸酯HDI、甲苯二异氰酸酯TDI)、聚酯(如聚乙交酯PGA)、聚氨酯(如聚乙二醇PEG)、端羟基聚丁二烯、丙烯酸酯等。  

  改性双基推进剂的能量水平高于复合推进剂,广泛用于各种战略、战术导弹。 

  美国的“三叉戟C4”潜射战略导弹的所有三级发动机都使用了XLDB推进剂,称为XLDB-70,它的配方中固体填料达到70%(其中43%HMX / 8% AP / 19% Al),理论比冲2646牛•秒/千克。 

  俄罗斯的SS-25所有三级均采用四组元丁羟推进剂(粘合剂+铝粉+高氯酸铵+奥克托金),理论比冲2628牛•秒/千克;SS-27可能使用了更高能量(理论比冲大于2653牛•秒/千克)的推进剂。 

  硝酸酯增塑聚醚推进剂(NEPE) 

  理论比冲为271~274秒(2655~2685牛•秒/千克),密度1.83克/立方厘米 。危险等级1.1级。 

  硝酸酯增塑聚醚推进剂实质上还是属于交联改性双基推进剂,它用聚醚类(环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚或聚乙二醇PEG)粘合剂体系代替前述改性双基推进剂的硝化纤维素粘合剂,用液态混合硝酸酯[硝化甘油NG、硝化1,2,4-丁三醇三硝酸酯(BTTN)等]取代单一的硝化甘油作为含能增塑剂,硝酸酯对聚醚类粘合剂增塑,粘合剂中的羟基基团与交联剂内含的活性基团发生交联反应生成具有三维网状结构的预聚物,这使得推进剂混合物更具弹性和流变性,可以加入更多的高能固体填料。这样,NEPE推进剂不仅能量水平高密度大而且力学性能好,代表着现役固体推进剂的最高水准。 

  美国在80年代初研发成功NEPE推进剂,并应用到“和平卫士”的第三级发动机、“侏儒”小型洲际导弹的所有三级发动机和“三叉戟D5”潜射战略导弹的所有三级发动机,其中用于“三叉戟D5”的配方被称为NEPE-75,表示固体填料(包括HMX/AP/Al)达到推进剂总重的75%。法国的M51也使用了NEPE。据公开资料分析,我国似乎已能生产NEPE,并应用到战略导弹中。 

  固体推进剂药柱 

  固体推进剂装药方式分为两种:药筒装填式和壳体粘结式。药筒装填式就是先使用压伸成型工艺把固体推进剂混合物预制成一定几何形状的药柱再装填到壳体内并用挡药板固定;壳体粘结式使用浇铸成型工艺,就是在壳体与隔热层固化后喷涂上包覆层(通常是与推进剂的粘合剂为同一体系),然后把推进剂配方的混合物装到放置有芯模的壳体内,在真空条件下固化成型,再拔除芯模(有的芯模是可消融芯模),药柱已与壳体紧密粘接在一起。  

  药柱根据燃烧面积(燃面)随时间变化的特征可分为分为恒面、增面和减面燃烧药柱;根据燃烧的推进方向分为端面、内孔燃烧药柱;依药柱的外形分为圆柱型、截锥体、球型、椭球型药柱。 

  ①端面燃烧药柱:实心药柱,燃面由药柱尾端沿轴线向头部推进。它的特点是恒面燃烧,燃烧时间长,推力恒定,推力小,适用于低推力、长时间工作的小型发动机和燃气发生器。 

  ②内孔燃烧药柱:空心药柱,端面包覆,整个内孔燃面同时由内向外燃烧。药柱横截面可制成各种几何形状。它的特点是燃面较大,能产生较大的推力。航天飞机固体助推器采用11角的截锥体星型药柱,民兵3的一级发动机采用6角星型药柱。 

  ③双推力药柱:壳体内由两种不同燃烧面积的药型或两种不同燃速推进剂所构成的药柱,燃烧时先提供较大的推力,随后提供较小的推力,分别用于助推和巡航。用于空空导弹等战术导弹。 

  ④多脉冲药柱:壳体内由多段药柱(每段称为一个脉冲)构成,段间有隔离物分隔,第一段燃尽后发动机关机,根据指令或预定时序点燃第二段并摧毁隔离物让出燃气通道……。美国标准-3海基反导拦截弹的的第三级固体发动机就是一个双脉冲发动机。  

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