膏体推进剂管道输运仿真及试验(2)
4 膏体推进剂管道输运及燃气发生器点火试验研究 29
4.1 挤压输运及点火试验系统 29
4.2 点火发动机设计 31
4.3 膏体推进剂及其模拟液的挤压输运试验 32
4.5 点火发动机试验 34
4.6 膏体推进剂燃气发生器点火试验 36
4.7 本章小结 37
结 论 39
致 谢 40
参考文献41
1 引言
1.1 概述
人们在使用过程中发现，传统的火箭发动机不能完全满足人们的需求。上世纪八十年代，科研人员研制了一种类似牙膏状的推进剂，其性能介于液体和固体之间，利用凝胶剂将液体凝胶化，然后向里面加入固体氧化剂。这就是膏体推进剂。
目前，美国和俄罗斯走在了膏体推进剂火箭发动机研制的最前沿，从已公布的相关资料，膏体发动机主要有两类结构方案：结构一如图1.1所示，推进储箱和发动机的燃烧室没有分开，成为一体。工作时，固体药柱最先被点燃，与此同时，膏体推进剂通过管孔阀流入燃烧室，立即被明火点燃，通过调节推进剂的流量大小，即可达到调节推力目的。
图1.1 方案一结构示意图
第二种结构如图1.2所示，储箱与燃烧室并不在一起，利用液压驱动将膏体推进剂挤进燃烧室，在初始点火器作用下燃烧，产生高温高压燃气，在流量调节系统作用下，控制膏体推进剂的挤进流量，从而控制推力大小。这种发动机的一大特点是可以实现多次启动，带有可重复点火器，当膏体推进剂首次进入燃烧室后，初始点火器将推进剂点燃，可重复点火器被加热，温度迅速上升，圆柱孔两端的温度有很大差异，入口处温度非常低，出口处的温度非常高。当发动机再次启动，膏体推进剂再次进入燃烧室时，推进剂被可重复点火器的加热达到燃烧温度，使发动机重复工作。
图1.2 进剂储箱与燃烧室分开的结构示意图
1.2 研究背景及意义
过去一个时期，随着武器系统性能的不断提高，对射程和打击精度的要求也与日俱增。随着技术发展，航空航天也需要推力更大，更加先进的推进系统。这些要求促使了新型推进剂的问世及发展——膏体推进剂火箭发动机，膏体推进剂集各种优势于一身，兼具固、液推进剂的优点，又避免了他们各自的缺点与不足，应用前景十分广阔[1]。
传统的火箭发动机经过近一个世纪的发展，技术非常成熟，由于科技的发展，战争模式早已发生变化，在使用过程中，传统发动机的不足也进一步暴露出来。很多用于姿态调控的发动机以及高机动性的发动机，希望发动机工作性能可靠，推力可调性好，同时结构更加优化，尺寸小。但是传统的发动机难以同时实现上述性能要求，固体火箭发动机工作简单可靠，推进剂存储安全，工作前准备时间很短，可是工作时推力难以调节，也无法多次启动，这大大限制了它的应用。液体火箭发动机很容易实现推力调节和多次启动，但是结构非常复杂，体积较大，液体推进剂容易挥发泄露，很可能引起爆炸[2]。
兼具固体、液体推进剂优点的膏体推进剂技术，因其自身优异的性能，引起了世界各国的重视，几十年来快速发展。“灵巧”推进技术便是膏体推进技术的一大应用，广泛用于航天器的姿态调控，导弹武器系统乃至民用灭火领域，如图1.3所示。