火箭发动机点火冲击载荷测试方法研究(2)
从推进剂类型上，火箭发动机可以分为固体、液体以及固—液混合火箭发动机。相比于其他两种发动机，固体发动机有着自身特点：结构简单，操作便利安全，装药量大，密度高，成本低等。因而，固体发动机在航空领域得以广泛应用，尤其在火箭弹和导弹上。
固体火箭点火药能否安全可靠点燃推进剂是固体火箭发动机能否正常工作的关键，它会直接对发动机的工作性能起着决定性作用。一个卓越的点火装置一定可以保证在发动机的正常工作温度范围内都可以完全地点燃推进剂装药，而且在很短的时间内让装药进入稳态燃烧阶段，建立合适的稳态工作压强。固体火箭发动机的点火过程可以分为推进剂装药的点燃和发动机稳态工作状态的建立两个过程。[2]它通常可分为三个时期：1.点火诱发期，从点火剂点燃到装药燃烧表面局部被点燃，并出现第一个火焰为止；2.火焰传播期，火焰从装药局部被点燃后开始沿通道传播，直到装药的全部表面燃烧，使装药全面点燃；3.稳态工作状态的建立过程，燃烧生成的高温燃气渐渐充满燃烧空腔，让燃烧室内的燃气压强逐渐达到平衡压强。[3]
在图1.1中把这三时期形象地表达为阶段I、II、III。
1.1 典型的发动机p—t曲线
由于火箭发动机的技术要求不断提高，准确提前明白发动机内弹道的运行参数就显得尤为关键。在火箭发动机内弹道各个难题中就有观察点火过程中的瞬时现象。
固体火箭发动机所有运行过程中，火箭发动机的点火过程占有很重要的地位。因为固体火箭发动机的点火性能能够直接对固体火箭发动机的运行性能、运行效率、稳定性和准确性起作用。充分了解固体火箭发动机点火性能对分析和设计固体火箭发动机有很大的帮助。
火箭发动机点火瞬时过程是一个包括装药药柱加热、装药药柱部分点燃，火焰沿装药药柱表面传播和燃烧室内压强升高的工作机理十分复杂的非定常过程。点火过程中会出现各种异常，比如，点火压强峰值过高，燃烧不连续和突然熄火，点火延迟时间过长。这些都能够引起发动机工作停止，甚至还可能会爆裂，造成事故。[4]
在实际设计过程中，如果对发动机的点火装置设计不恰当，大多数情况就会引起不正常的点火压强波动，如图1.2。a曲线是由于点火药太多，点火药所含能量太大，引起点火压强峰值过高；b曲线是发动机正常稳定点火的压强变化规律；c曲线是点火药过少，点火药所含能量不足，点火延迟时间太长甚至不能够点燃推进剂装药。
1.2 不同点火过程发动机燃烧室内点火压强变化曲线
正是由于在整个点火瞬时过程，固体火箭发动机燃烧室里的高温燃气传播和其压强变化都是十分繁琐的过程，因此对固体火箭发动机点火瞬态过程的研究是现今非常受重视的一个方向。对火箭发动机的点火瞬态过程从事深入研究，其重要意义在于：
（1）为后续固体火箭发动机开发和设计提供理论上和技术上的支持。而我们通过对点火瞬态过程进行实验研究，便于知道其中复杂的变化过程。点火压强峰值为合理设计结构提供理论衣服。
（2）有助于缩短研制周期，通过多次实验得出经验和规律，为以后设计提供数据支持，方便设计与研制。
（3）对火箭发动机的点火瞬态过程进行试验研究，有利于分析出固体火箭发动机点火中影响效果的因素，以便于后续调整性能参数或改进设计方案，为排除发动机点火过程故障提供有效手段，来提升固体火箭发动机稳定运行能力和可靠性。
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