1。2。2 燃烧室
燃烧室的作用:可以联结各部分的部件,也作为推进剂药柱燃烧的场所。由于燃烧室要保证推进剂在里面正常燃烧,所以其必须满足耐高温、耐高压的条件,而且它还需要一定的容积来装下所需的推进剂药柱。其形状则与推进剂药柱形状有着密切的联系,通常为圆筒形。为保证燃烧室能够承受一定的压力,其材料自然得用高强度的合金。除了保证强度外,有时也有壳体质量轻盈需求,通常采用玻璃钢等结构减轻壳体重量以满足实际需求。
为防止火箭发动机因过热而损坏,必须采取一定的热防护措施。固体火箭发动机一般不使用液体冷却剂,它通常是在壳体内表面粘贴绝热层或者喷涂厚浆涂料使其成型为绝热层。为改善绝热层与药柱的黏结性能,一般在药柱与绝热层之间添加衬层作过渡层。
1。2。3 喷管
燃烧室药柱燃烧完后,会产生大量高温高压气体,这些气体的出口就是喷管,气体通过喷管后则完成能量转换,所以它是发动机的一个关键部分。固体火箭发动机一般采用拉瓦尔喷管,其形状特点是先收敛后扩张,结构有收敛段、喉部、扩张段,这样的形状结构能使燃气流动从亚声速加速到超声速。喉部大小依实际情况而定,它的大小可控制燃气质量流率,从而达到控制燃烧室燃气压强的目的。由于喷管的特殊形状,燃气通过喷管后可以提高燃气流速至超声速段,超声速燃气喷出后则会产生一定的反作用力来推动弹箭的飞行。总之,喷管有着非常重要的功能,是火箭发动机不可或缺的一部分。
1。2。4 点火装置
点火装置位于燃烧室头部或喷管座上,主要用于装药的点火,在一定的压强下(由点火装置控制)可以瞬间点燃药柱的所有表面,使其同时点燃。
1。3 固体推进剂装药结构简介
根据弹道性能要求,可以把各种药型归为三大类,即发射动力型药型、飞行动力型药型、长时间续航型药型[11]。
1。3。1 发射动力型装药
此类装药多用在短燃时大推力的动力推进形式,一般选择适合高压下(20MPa—30MPa)工作的高燃速推进剂,常选择具有较大燃烧面的药型,如多根管状圆孔形药柱,如图1。2所示,还有单根或多根梅花药型,多根锁形药型,薄燃层厚的车轮药型等。
图1。2 多根圆孔药柱
此类药柱燃烧时内孔和外表面同时燃烧,燃烧面积大,燃烧时间短,燃气压力高,推力大。实际应用中,一般追求比较大的推力质量比(最大推力与推进装置总质量之比),这种类型的药柱就满足这样的需求。
1。3。2 飞行动力型装药
此类装药燃烧时要求的压强是中等压强(大约在10MPa和20MPa之间)。推进剂的效能较高,且具有高密度高比冲的特点。装药采用较高的装填密度,装药的燃层厚度比较大,通常情况下选用内孔燃烧药型,如星孔药型,如图1。3所示,还有管槽药型,大燃层厚的内孔燃烧带环形槽的单根管状药型等。
图1。3 星孔药柱
不同于其他药柱,此类药柱的两端与外表面均被包覆,燃烧时只有内孔在燃烧,因此其热损失比较小。它的燃烧时间适中,推力大小适中,推进效能较高,推力变化一般可以通过内孔形状设计来调控,所以普遍被运用。实际应用时,通常追求动力装置具有较高的质量比(装药药柱质量与推进装置总质量之比),和较高的冲量比(推进装置总冲量与总质量之比)。