[发明专利]一种用于高过载固体火箭发动机及其药型设计方法

说明书

本发明提供了一种用于高过载固体火箭发动机及其药型设计方法，其包括燃烧室壳体、设置于燃烧室壳体一端的封头以及设置于燃烧室壳体另一端的喷管组件，所述燃烧室壳体内填充有药柱、缓冲垫，所述缓冲垫开设有用于点火的通孔，所述通孔的孔径大于喷管组件连通药柱的孔的孔径，且所述药柱靠近喷管组件的一侧内凹形成有曲面。本发明具有可相对降低现有技术中点火失败的几率，并可相对降低药柱在过载工况下结构完整性被破坏的问题的效果。

技术领域

本发明涉及固体火箭发动机技术领域，尤其涉及一种用于高过载固体火箭发动机及其药型设计方法。

背景技术

固体火箭发动机是使用固体推进剂的化学火箭发动机，是导弹、火箭等航天运载器的重要动力系统之一；其中，发动机内部的装药是保证发动机加速的动力来源。例如：炮射导弹发射时，利用火炮发射获得较高初速度，并利用装药的燃烧使得增速发动机进一步加速，以较低成本获得比常规固体火箭发动机更远的射程。发动机在炮膛内加速到飞出炮膛这个过程中受到高过载，受力来自于火炮内部的底排火药点燃产生的压力，该高过载对内部药柱产生影响；发动机是在炮弹飞出一段时间后点火，此时的过载量远小于发动机被发射时所受过载，且对装药完整性的影响可以忽略。

参照图16，一种固体火箭发动机，包括燃烧室壳体1、设置于燃烧室壳体1一端的封头2、设置于燃烧室壳体另一端的喷管组件3以及填充于燃烧室壳体1内的药柱11；在药柱11和喷管组件3之间叠置有抵接于燃烧室壳体1内壁的缓冲垫12和挡药板13，缓冲垫12抵接药柱11，挡药板13抵接喷管组件3，且缓冲垫12和挡药13上同时开设有多个通孔14。

炮射导弹发射时，为获得较高的初速度，其轴向加速度非常大，药柱11由于炮射导弹发射时的过载产生较大应力，这部分力通过缓冲垫12传递到挡药板13，最终将由挡药板13承受，因此发动机要承受很高的轴向过载，此时，缓冲垫12和挡药板13保证了药柱11在轴向过载下的结构完整性，进而保证了火箭发动机工作的可靠程度和炮射导弹的安全性与稳定性。获得较高初速度之后，启动发动机，利用增速发动机进一步加速；启动过程中，通过通孔14对药柱11进行点火。

可以得出，挡药板不仅间接通过通孔提供点火燃药柱的点燃面，还保证了药柱在轴向过载下的完整性；显而易见，挡药板间接提供给药柱的承载面积越大，药柱与挡药板本身的受力情况会越好。因此，为了增大挡药板承载面积，挡药板上的通孔的尺寸减小，即药柱的点火燃面减小，进而增加了点火失败的风险；同时，药柱未被挡药板支撑的部位(点燃面)，会在过载加速度的作用下挤入通孔，在通孔附近的装药会因此产生较大剪切力，并产生裂纹，装药的结构完整性遭到破坏。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种用于高过载固体火箭发动机及其药型设计方法，其可相对降低现有技术中点火失败的几率，并可相对降低药柱在过载工况下结构完整性被破坏的问题。

一方面，根据本发明的实施例，一种用于高过载固体火箭发动机，其包括燃烧室壳体、设置于燃烧室壳体一端的封头以及设置于燃烧室壳体另一端的喷管组件，所述燃烧室壳体内填充有药柱、缓冲垫，所述缓冲垫开设有用于点火的通孔，所述通孔的孔径大于喷管组件连通药柱的孔的孔径，且所述药柱靠近喷管组件的一侧内凹形成有曲面。

通过采用上述技术方案，发动机在空中飞行一段时间后，对发动机进行增速时，点燃药柱的曲面侧即可，药柱燃烧并按照平行层推移规律开始燃烧推移，点燃过程中，由于该曲面的面积大于现有技术中通过多个通孔形成的点燃面面积，故而点燃失败的几率减小；在先的，在发动机从炮膛加速飞出过程中，朝向封头凸起的曲面变形，可吸收过载能量，改善药柱受力情况，相对于现有技术中挡药板支撑药柱的结构，避免了药柱承受剪切力，保证药柱结构完整性，从而相对降低现有技术中点火失败的几率，并可相对降低药柱在过载工况下结构完整性被破坏的问题。此外，挡药板的撤销相对增大了装药空间，一定程度上减少因药柱曲面而造成的药柱量的减少的情况，同时减轻了结构重量。

优选的，所述曲面为球面。