CN1066708A - 可燃火箭壳体和喷管的材料和结构 - Google Patents

Abstract

本发明是关于可燃火箭壳体和可燃喷管的材料 和结构。这种材料属于含能的纤维增强塑料，通过采 用粘胶纤维作为可燃壳体和喷管可燃层的增强材料， 可以获得较高的强度，很好的可燃性和优良的抗高温 收缩性，通过采用双层耐燃—可燃复合喷管的结构， 可以获得了既能耐高温高速燃气流的烧蚀又能最后 燃烧自毁的性能，而且还具有自重轻，与壳体的连接 强度高，工艺较简单，成本较低等优点。

Description

本发明是关于可燃火箭壳体和喷管的材料及结构，这种材料属于含能的纤维增强塑料，这种可燃壳体和可燃喷管的特点是在火箭完成发射运载任务之后，落回地面之前，能全部燃烧自毁，化为极轻小的灰烬和碎片，从而有效地避免了火箭残余体落地伤人之危险性，按国际专利分类属于AO1G15/00。

对于某些民用火箭，如消雹降雨和气象探空火箭等，往往是在人口较稠密的地区使用，因此要求这类产品不能有伤害性的残余体落回地面。为了解决这一问题，目前较好的办法是使火箭的各结构元件在落地之前能够燃烧自毁。

英国专利1530159采用钢箔和铝箔作为可燃壳体的增强材料，由于金属本身的燃烧性较差，因此其复合材料必须采用很高的粘合剂含量，而且该粘合剂中必须采用很高的氧化剂含量，这将降低复合体的强度，而且这种含氧粘合剂的流动性很差，工艺性能不好，产品质量难以保证。该专利采用的可燃喷管是由碳纤维与酚醛树脂制成的，为了解决喷管的可燃性，在喷管与壳体之间填充了高燃速火药。这种结构的喷管虽然可以满足耐燃和可燃的双重要求，但是其消极重量较大，与壳体的连接强度较低，碳纤维的用量较大因而成本较高;日本专利昭48-9937、昭48-9938和昭49-32930等分别采用玻璃纤维（或布）、有机合成纤维（如尼龙、涤纶、维尼纶等）、铝丝等作为可燃壳体的增强材料。由于玻璃纤维本身完全不能燃烧，因此由它制成的可燃壳体的中途灭火率较高，而有机合成纤维虽然燃烧性较好，但是在推进剂的固化温度下（一般约在80～150℃之间）和在火箭飞行被动段（或续航段）时即发生明显的软化、收缩和变形。

本发明采用粘胶纤维增强材料与含氧粘合剂复合制作可燃壳体和喷管可燃层，这种可燃复合材料具有较高的强度，优异的可燃性，特别是在高温下（100～300℃）完全不发生软化、收缩或变形，而且成本非常低。因此这种粘胶纤维增强可燃复合材料与金属箔（或丝）、玻璃纤维（或布）、有机合成纤维（如尼龙、涤纶、维尼纶等）等的可燃复合材料相比，具有最佳的综合性能。

本发明采用双层耐燃-可燃复合喷管结构，内层采用碳（或碳化硅）纤维与耐燃粘合剂复合构成喷管耐燃层，该粘和剂中加入一定量的耐燃填料（如氧化铝粉、碳酸钙粉、云母粉、石棉粉、石英粉等），粘合剂可以是环氧树脂、酚醛树脂等;外层采用粘胶纤维与可燃树脂复合构成喷管可燃层，该层是主要受力层。喷管可燃层所用的可燃树脂的配方可以与壳体可燃树脂的配方相同，也可以不同，但最好采用较高氧化剂含量的配方，因为喷管可燃层的点着时间落后于可燃壳体。喷管耐燃层只须缠绕2～3层碳纤维，喷管可燃层与可燃壳体所用的纤维是连续的，因此其缠绕层数与可燃壳体的缠绕层数是相同的，这种喷管既能耐高温高速火药燃气流的烧蚀和冲刷，最后又能燃烧自毁，而且与英国专利1530159所提出的可燃喷管相比，具有自重轻，与壳体的连接强度大，制作工艺过程较简单，成本较低等优点。

为了进一步提高壳体的可燃性，消除中途灭火现象，本发明采用了具有二级装药的可燃火箭发动机结构。在主装药燃烧完后，二级装药继续以端面形式燃烧，它对可燃壳体有很强的助燃作用，这样就可以大大降低可燃壳体配方中氧化剂的含量，从而进一步提高工艺性能，提高壳体材料的强度，提高产品长期贮存运输的安定性和使用操作过程中的安全性;此外二级装药的燃烧还可以在一个较长的时间内（25～35秒）产生一定的续航推力，这样还可以进一步提高射程（或射高）。

为了提高可燃复合材料的燃烧速度，可以在粘合剂中加入少量金属铜的有机酸盐（如鞣酸铜等），其用量一般在0.5～6%之间既可明显提高燃烧速度，其用量在1～2%时燃速可提高50～60%。

实施例：

可燃壳体树脂配方1：

过氯酸铵（150～200目）  30%

铝粉（200～400目）  2%

环氧树脂  61%

邻苯二甲酸二丁酯  7%

可燃壳体树脂配方2：

过氯酸铵（150～200目）  30%

铝粉（200～400目）  2%

鞣酸铜（400目）  1%

环氧树脂  60%

邻苯二甲酸二丁酯  7%

可燃壳体树脂配方3：

过氯酸铵（150～200目）  20%

铝粉（200～400目）  2%

鞣酸铜（400目）  1%

环氧树脂  69%

邻苯二甲酸二丁酯  8%

喷管耐燃层配方：

石棉粉  40%

环氧树脂  50%

邻苯二甲酸二丁酯  10%

喷管可燃层配方：

过氯酸铵  45%

铝粉（200～400目）  6%

鞣酸铜（200～400）  2%

环氧树脂  40%

邻苯二甲酸二丁酯  7%

由可燃壳体树脂配方1（70份）与粘胶纤维（30份）复合制成的φ46×3可燃壳体的耐压强度为7.5～8.0MPa，全部烧完所需时间为55～60秒，最后能烧成细小的黑色粉状灰烬;

由可燃壳体树脂配方2（70份）与粘胶纤维（30份）复合制成的φ46×3可燃壳体的耐压强度为7.5～8.0MPa，全部烧完所需时间为35～40秒，最后能烧成细小的黑色粉状灰烬;

由可燃壳体树脂配方3（70份）与粘胶纤维（30份）复合制成的φ46×3可燃壳体的耐压强度为8.0～8.5MPa，在有二级装药助燃的条件下，全部烧完所需时间为40～45秒，最后能烧成细小的黑色粉状灰烬;

用碳（或碳化硅）纤维（2～3层）与喷管耐燃层配方复合缠绕喷管耐燃层（喷喉处应多缠几层），然后用粘胶纤维与喷管可燃层配方复合缠绕喷管可燃层。这种双层耐燃-可燃复合喷管在发动机燃烧到20～25秒时降压灭火后，发现其喉部完全没有烧蚀现象;在可燃壳体烧完之后，它能在剩下的10～15秒内自行烧完，剩下一个重量为3.5～5.5克的残骸。

Claims (9)

1、一种由纤维增强的可燃复合材料，其特征是增强材料采用粘胶纤维。

2、根据权项1，由粘胶纤维增强可燃复合材料制成的可燃火箭壳体的树脂中的氧化剂（过氯酸铵）的含量为30～35%（重量百分数），铝粉为1～3%，其它为粘合剂及其它添加剂。

3、一种由纤维增强的可燃复合材料，其特征是用金属铜的有机酸盐（如鞣酸铜）作为纤维增强可燃复合材料的燃速催化剂。

4、根据权项2和3，有机酸铜在粘胶纤维增强可燃复合材料的可燃树脂中的含量为0.5～6.0%（重量百分数），最好为0.5～1.5%（重量百分数）。

5、一种具有二级装药的可燃火箭发动机结构，其特征是在主装药燃烧完后，还有一段端面燃烧的二级助燃装药继续燃烧。

6、根据权项2、3、4和5，在有二级助燃装药的条件下，可燃壳体树脂中的氧化剂（过氯酸铵）的含量为20～30%（重量百分数）。

7、一种双层耐燃-可燃复合喷管，其特征为内层（即耐燃层）由碳（或碳化硅）纤维与耐燃树脂缠绕而成，外层（即可燃层）由粘胶纤维与可燃树脂缠绕而成。

8、根据权项7，喷管可燃层的厚度（或缠绕层数）大于喷管耐燃层的厚度（或缠绕层数）。

9、根据权项7和8，喷管可燃层与耐燃层的厚度（或缠绕层数）之比为（3～5）∶1。