仲裁者55C隔板式双脉冲固体火箭发动机的设计与研究(未完待续)
Blizzard
Blizzard 2021-1-16原创 喷气推进
中文摘要
试车暂定2021年二月中旬


前言 

      近年来,随着航天航空事业的发展和飞行器要求性能的逐渐提高,对火箭发动机的性能要求也越来越高。而作为一种被广泛运用于战术导弹和探空火箭等航天器的火箭发动机-固体火箭发动机,对其的性能要求也越来越高。在固体火箭发动机的开发工作上,虽然更高能的推进剂和更实用的壳体正在逐步开发但是已经很难大幅度改善飞行器的飞行性能了。因此,为了提高飞行器的控制性和在一些情况下追求较大的射高/射程,对能量的管理也显得十分重要。而有的时候为了达成能量管理的目的,往往需要发动机进行多次启动。这就是多脉冲发动机。

      一般多脉冲火箭发动机有三种形式,分别是:

1:带有隔板脉冲隔离装置的多脉冲火箭发动机

       这种发动机使用一个隔板把燃烧室分成两个独立仓段,每个仓段都有独立的点火系统,共用一个喷管。一脉冲装药工作时,隔板起隔离作用。而二脉冲药柱工作时,隔板破碎并在发动机内烧毁或者从喷管喷出。


 

               20210116_152031.jpeg

                                                  

 图片引用自《双脉冲固体火箭发动机概况》

2:带有定时药柱的双脉冲火箭发动机(H型装药)

      这种发动机使用一段延时装药把火箭发动机的燃烧室分成两段。当一脉冲装药烧尽后,延时药开始燃烧,当延时药烧尽它会点燃二脉冲药柱从而获得二次点火的效果。

3:快速熄火/点火技术

      在发动机中,使用特殊手段,如喷注液氮/泄压等方法使得固体火箭发动机停止工作。并通过一定手段进行二次点火从而实现双脉冲推力。

      由于第一种(隔板式)具有更高的灵活性和实用性,所以本项目选择了隔板式双脉冲固体火箭发动机进行设计和研究

1:基本参数的选择

       此发动机为小型固体火箭发动机,平均推力设定为300N,每一次脉冲工作时间为2s,平均室压设计为3MPA。一脉冲和二脉冲工作时间相同推力也相同,脉冲间隔10秒。使用制作工艺较为完善,性能较为稳定的硝酸钾基复合推进剂KNSB。比冲在125s左右。

      设计图如下:

20210116_152451.png

20210116_152445.png

20210116_152440.png



2:脉冲隔离装置的设计

       此发动机是隔板式双脉冲固体火箭发动机,对于发动机的隔板,考虑到爆破隔板的防腐防氧化性能,我们决定使用304钢材质的LP型爆破隔板(如图2-1)。此隔板的设计可以遵循下式:


20210116_152456.jpeg

                      图2-1(选自《大口径爆破片设计》)

20210116_152458.jpeg

       Pb:爆破压强

       D:爆破隔板夹持直径

       K:修正系数(304钢K计算时取2450)

       δ:爆破隔板厚度

       备注,拱高h一般取D的1/5到1/6这样爆破压力较为稳定。

       最终设计图为:

1610783072176.jpg


3:仿真分析

       从对设计和结构进行的仿真来看,发动机内弹道符合设计要求并且耐压较高,可以适应小型的超压环境。

4:装配与试车

       在所有零件和推进剂药柱加工完成以后,对发动机进行总装,然后运往实验场地进热试车。

5:试车数据分析

       对热试车和各试验得到的数据进行分析,对比设计数据和仿真数据做出评估。


[修改于 1 个月前 - 2021-01-17 12:02:22]

来自:火箭技术 / 喷气推进
6
Blizzard 作者
1个月14天前
1楼

缓慢更新中,学业繁忙,还请多多体谅。

补几张发动机加工好的照片以及脉冲隔离装置夹持机构的设计图。 1610782700765.jpg IMG_20210116_151243.jpg IMG_20210116_151315.jpg IMG_20210116_151304.jpg

脉冲隔离装置夹持机构使用光固化打印成形,由于刚打印好表面还没有进行打磨处理,所以还是可以看到一些小的瑕疵,这些瑕疵会在后期处理的时候被修正平整,问题不大 sticker

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阡陌徘徊
1个月14天前
2楼

那个,请问如果隔片爆破的不完全或者破口不规则,会影响第二级的工作吗?

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Blizzard作者
1个月14天前
3楼
引用阡陌徘徊发表于2楼的内容
那个,请问如果隔片爆破的不完全或者破口不规则,会影响第二级的工作吗?

应该不会吧。

-287a6e7894fa1e42.jpg

你也可以看到,爆破片的厚度是非常薄的,不规则开裂对二级装药的影响理论不大,出现不完全爆破的概率也不大。(除非爆破片是假的) -2ecff1ca8b064d18.jpg


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