本申請涉及固體火箭發(fā)動機(jī)，尤其涉及一種低成本的固體火箭發(fā)動機(jī)。

背景技術(shù)：

1、目前，固體火箭發(fā)動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、反應(yīng)快速、使用維護(hù)方便、可靠性高、不存在毒性和泄漏問題，容易實現(xiàn)小型化等優(yōu)點，在各類航天器及戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈中被廣泛應(yīng)用。在戰(zhàn)術(shù)彈上及各種飛行器助推器上，固體火箭發(fā)動機(jī)得到廣泛應(yīng)用。

2、航空航天以及各軍種的固體火箭發(fā)動機(jī)，都分別不斷提出低成本、高可靠和高性能的要求，不斷強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的性價比優(yōu)勢，將低成本作為考評的一個重要考核項。因此發(fā)展低成本的戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈固體火箭發(fā)動機(jī)勢力在必行，降低固體火箭發(fā)動機(jī)的成本，同時將可拓展應(yīng)用于更加廣泛的領(lǐng)域，更易實現(xiàn)部分技術(shù)民用化。

3、目前各種戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈用固體火箭發(fā)動機(jī)除要求長時間、低特征、高壓強(qiáng)或者高比沖等特殊性能外，大部分大批量消耗的作為導(dǎo)彈或者靶標(biāo)助推飛行的助推發(fā)動機(jī)，其工作要求并不高，工作時間較短、壓強(qiáng)適中、推進(jìn)劑的能量特性要求適中，因此，如何在性能和成本之間做出權(quán)衡，不至于性能過剩成本過高。實現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈尤其是助推類發(fā)動機(jī)的低成本化尤為重要。

4、相比傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)，更多從追求性能最大化出發(fā)，僅從技術(shù)層面考慮性能需求，而弱化或者忽視市場競爭力和成本因素。忽視原材料價格、產(chǎn)品的加工便捷性和生產(chǎn)工藝性，導(dǎo)致最終整個產(chǎn)品的價格居高不下。低成本的固體火箭發(fā)動機(jī)，兼顧技術(shù)性能和低成本化，在目標(biāo)價格區(qū)間內(nèi)，以及在滿足要求指標(biāo)的原則下，設(shè)計上從頂層采用低成本的設(shè)計方案，在可以滿足需求的情況下，采用市面可大量采購性價比的成熟原材料，在熟悉整個產(chǎn)品生產(chǎn)流程的基礎(chǔ)上，盡可能簡化產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，減少產(chǎn)品的零部組件。不產(chǎn)生性能過剩，綜合考慮性能和成本，突出產(chǎn)品的性價比優(yōu)勢。

5、因此，目前亟需解決的技術(shù)問題是：如何提供一種低成本的固體火箭發(fā)動機(jī)，綜合考慮火箭發(fā)動機(jī)性能和成本，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝實現(xiàn)固體火箭發(fā)動機(jī)的低成本化。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請的目的在于提供一種低成本的固體火箭發(fā)動機(jī)，綜合考慮火箭發(fā)動機(jī)性能和成本，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝實現(xiàn)固體火箭發(fā)動機(jī)的低成本化。

2、為達(dá)到上述目的，本申請?zhí)峁┮环N低成本固體火箭發(fā)動機(jī)，包括絕熱前封頭、點火裝置、裝藥燃燒室和噴管；所述絕熱前封頭、所述點火裝置、所述裝藥燃燒室和所述噴管沿發(fā)動機(jī)軸線從左到右依次設(shè)置；絕熱前封頭、裝藥燃燒室和噴管內(nèi)形成發(fā)動機(jī)內(nèi)的發(fā)動機(jī)容腔；點火裝置收到點火指令，裝藥燃燒室內(nèi)推進(jìn)劑被點燃，裝藥燃燒室內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)饨?jīng)噴管膨脹加速，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動能，燃?xì)饨?jīng)噴管膨脹加速做功，產(chǎn)生推力。

3、如上所述的低成本固體火箭發(fā)動機(jī)，其中，所述裝藥燃燒室包含燃燒室殼體、絕熱層和藥柱；所述燃燒室殼體的直筒段內(nèi)部直徑不變；所述藥柱設(shè)置在所述燃燒室殼體內(nèi)；所述絕熱層包覆在所述燃燒室殼體內(nèi)所述藥柱的外側(cè)。

4、如上所述的低成本固體火箭發(fā)動機(jī)，其中，藥柱的形成方法為：在所述燃燒室殼體內(nèi)插入澆藥芯模；將藥漿澆注入所述燃燒室殼體內(nèi)，使藥漿固化形成藥柱。

5、如上所述的低成本固體火箭發(fā)動機(jī)，其中，所述裝藥燃燒室的前端開口和后端開口的直徑大于所述澆藥芯模的直徑。

6、如上所述的低成本固體火箭發(fā)動機(jī)，其中，所述點火裝置包括簍式點火器和點火線纜；所述簍式點火器與所述點火線纜連接；所述簍式點火器設(shè)置在發(fā)動機(jī)的頭部；所述點火線纜從所述簍式點火器延伸至發(fā)動機(jī)的尾部。

7、如上所述的低成本固體火箭發(fā)動機(jī)，其中，所述燃燒室殼體的端部設(shè)置絕熱前封頭；所述絕熱前封頭與所述燃燒室殼體的連接處設(shè)置前擋圈和前端密封圈。

8、如上所述的低成本固體火箭發(fā)動機(jī)，其中，所述噴管與所述燃燒室殼體的連接處設(shè)置后擋圈和后端密封圈。

9、如上所述的低成本固體火箭發(fā)動機(jī)，其中，所述噴管包括噴管殼體、收斂段絕熱層、喉襯、擴(kuò)張段絕熱層和堵蓋；所述噴管殼體與所述燃燒室殼體連接；所述收斂段絕熱層和所述擴(kuò)張段絕熱層連接在所述噴管殼體內(nèi)壁；所述喉襯連接在所述收斂段絕熱層內(nèi)壁；所述堵蓋封堵在所述擴(kuò)張段絕熱層的內(nèi)部開口處。

10、如上所述的低成本固體火箭發(fā)動機(jī)，其中，所述絕熱前封頭上設(shè)置密封槽，所述前端密封圈設(shè)置在所述密封槽內(nèi)。

11、如上所述的低成本固體火箭發(fā)動機(jī)，其中，所述點火裝置螺紋連接在所述絕熱前封頭上。

12、本申請實現(xiàn)的有益效果如下：

13、(1)、本申請的低成本固體火箭發(fā)動機(jī)裝藥燃燒室采用前后機(jī)口大開口結(jié)構(gòu)，首先前后大開口的結(jié)構(gòu)對于燃燒室殼體的機(jī)加工更為有利，無論是采用純機(jī)加工或者旋壓工藝，采用棒料還是管料，前后大開口結(jié)構(gòu)生產(chǎn)時刀具操作更便捷去料更少，更易降低成本。

14、其次，采用前后大開口結(jié)構(gòu)，對燃燒室殼體內(nèi)絕熱層鋪貼和操作更便捷更有利，降低了生產(chǎn)難度，提高生產(chǎn)效率。同時提高了絕熱層的可檢查性，易于僅通過目視檢查絕熱質(zhì)量，提高了檢查效率。

15、再之，采用大開口的結(jié)構(gòu)，對于通常設(shè)計中采用的翼柱型藥型，在藥柱澆注中可采用整體式芯模，加工和操作簡單又不影響藥柱生產(chǎn)。避免了小開口設(shè)計需采用組合芯模帶來的芯模加工和裝配引起的成本上升。

16、(2)、本申請的低成本固體火箭發(fā)動機(jī)的燃燒室殼體，直筒段內(nèi)側(cè)采用統(tǒng)一直徑，內(nèi)側(cè)不內(nèi)凸翻邊，僅在兩端外側(cè)外凸翻邊的設(shè)計。

17、此設(shè)計不僅采用大開口而且內(nèi)側(cè)筒段直徑從頭至尾統(tǒng)一，不僅采用管料即可，減少了原材料損耗，同時內(nèi)徑一致，大大簡化了機(jī)加程序，降低了對機(jī)加的要求。無論采用機(jī)加和旋壓工藝，都大大提高了中間筒段的工藝性和加工生產(chǎn)便捷性。兩側(cè)外翻臺階常規(guī)機(jī)加工藝便可滿足。

18、(3)、本申請的低成本固體火箭發(fā)動機(jī)的燃燒室殼體，前后開口連接均采用徑向密封的擋圈連接結(jié)構(gòu)。采用擋圈結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)的螺紋連接結(jié)構(gòu)，不僅減少了殼體軸向連接結(jié)構(gòu)尺寸，并且提高了裝配便捷性，提高了裝藥燃燒室的空間有效使用率。而本專利在傳統(tǒng)擋圈的使用基礎(chǔ)上，將其軸向密封改為徑向密封，進(jìn)一步又縮小徑向連接結(jié)構(gòu)的徑向尺寸，進(jìn)一步提高燃燒室的內(nèi)部空間使用率。不僅提高裝藥燃燒室的空間使用率，簡化燃燒室殼體結(jié)構(gòu)，同時提高裝配效率，以上均可以進(jìn)一步降低成本。

19、(4)、本申請的低成本固體火箭發(fā)動機(jī)點火裝置，采用前端點火后端出線的結(jié)構(gòu)。點火裝置由簍式點火器和連接線纜組成。簍式點火器通過連接電纜接受電信號引燃簍式點火器內(nèi)的引燃裝藥，進(jìn)而點燃點火器主裝藥，最終引燃發(fā)動機(jī)主裝藥，使發(fā)動機(jī)開始工作。簍式點火器和發(fā)動機(jī)前封頭通過螺紋連接，螺紋公差控制在10級以上即可，保持內(nèi)外螺紋間較大間隙，在內(nèi)外螺紋之間涂抹硅橡膠。減少傳統(tǒng)在封頭和簍式點火器間的絕熱環(huán)部件，僅通過高溫膩子或者硅橡膠隔熱，此方法已在工作時間較短的多型助推產(chǎn)品上完成驗證。

20、在發(fā)動機(jī)尾部噴管堵蓋出線處，取消傳統(tǒng)的電連接器結(jié)構(gòu)，僅在出線口附近采用硅橡膠封堵出口保證密封，并且涂膠從噴管堵蓋內(nèi)側(cè)向外涂抹。

21、以上設(shè)計均在現(xiàn)有設(shè)計上進(jìn)一步實現(xiàn)低成本化，并完成了相應(yīng)試驗驗證。

技術(shù)特征：

1.一種低成本固體火箭發(fā)動機(jī)，其特征在于，包括絕熱前封頭、點火裝置、裝藥燃燒室和噴管；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低成本固體火箭發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述裝藥燃燒室包含燃燒室殼體、絕熱層和藥柱；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低成本固體火箭發(fā)動機(jī)，其特征在于，藥柱的形成方法為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低成本固體火箭發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述裝藥燃燒室的前端開口和后端開口的直徑大于所述澆藥芯模的直徑。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低成本固體火箭發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述點火裝置包括簍式點火器和點火線纜；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低成本固體火箭發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述燃燒室殼體的端部設(shè)置絕熱前封頭；

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低成本固體火箭發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述噴管與所述燃燒室殼體的連接處設(shè)置后擋圈和后端密封圈。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低成本固體火箭發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述噴管包括噴管殼體、收斂段絕熱層、喉襯、擴(kuò)張段絕熱層和堵蓋；

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的低成本固體火箭發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述絕熱前封頭上設(shè)置密封槽，所述前端密封圈設(shè)置在所述密封槽內(nèi)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低成本固體火箭發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述點火裝置螺紋連接在所述絕熱前封頭上。

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┮环N低成本固體火箭發(fā)動機(jī)，涉及固體火箭發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，該固體火箭發(fā)動機(jī)包括絕熱前封頭、點火裝置、裝藥燃燒室和噴管；所述絕熱前封頭、所述點火裝置、所述裝藥燃燒室和所述噴管沿發(fā)動機(jī)軸線從左到右依次設(shè)置；絕熱前封頭、裝藥燃燒室和噴管內(nèi)形成發(fā)動機(jī)內(nèi)的發(fā)動機(jī)容腔；點火裝置收到點火指令，裝藥燃燒室內(nèi)推進(jìn)劑被點燃，裝藥燃燒室內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)饨?jīng)噴管膨脹加速，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動能，燃?xì)饨?jīng)噴管膨脹加速做功，產(chǎn)生推力。本申請綜合考慮火箭發(fā)動機(jī)性能和成本，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝實現(xiàn)固體火箭發(fā)動機(jī)的低成本化。

技術(shù)研發(fā)人員：金蔚,鄭才浪,劉永康,賴謀榮,付繼川
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京中科宇航技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21