CN107162864B - 一种固液混合发动机燃料药柱与点火药一体制备工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固液混合发动机燃料药柱与点火药一体制备工艺方法；通过将挤压成型的双基推进剂套装在圆柱形模具或心形模具的芯模上；或将复合推进剂的薄片粘贴在圆柱形模具或心形模具的芯模上，贴合缝隙。将芯模套上橡胶垫圈后连接在套筒底座上，将制备好的燃料融化后浇注到模具凹槽中，液面低于芯模和模具套筒。对于需要凝固的药柱，将其放置常温下凝固一定的时间；对于需要固化的药柱，将其放置真空干燥箱中抽真空并在一定温度下固化一定的时间。当药柱凝固或固化后，去掉模具取出药柱，对药柱两端进行修剪得到所需药柱。当发动机点火时，药柱内孔的双基推进剂或复合推进剂燃烧使燃料燃烧，以保证发动机燃烧室的压强稳定。

Description

一种固液混合发动机燃料药柱与点火药一体制备工艺方法

技术领域

本发明属于固液混合发动机技术领域，具体地说，涉及一种固液混合发动机燃料药柱与点火药一体制备工艺方法，该方法既有利于燃料药柱的脱模，又有利于燃料药柱的可靠点火。

背景技术

火箭发动机是航天器和导弹的动力装置，随着航天技术的发展和进步，可靠性高、成本低廉、绿色环保成为火箭发动机发展的重要方向。固液混合发动机以固体燃料和液体氧化剂作为推进剂，潜在的应用主要包括：探空火箭、运载火箭助推器、太空飞船、亚轨道飞行器、靶机、姿轨控发动机等的动力装置。

火箭发动机是航天器和导弹的动力装置，随着航天技术的发展与进步，可靠性高、成本低廉、绿色环保成为其未来发展的重要方向。固液混合发动机以固体燃料和液体氧化剂作为推进剂，具有以下优点：1)氧化剂和燃料分别储存，因此发动机的储存和操作安全性皆较高；2)推进剂的氧化剂主要为液氧、过氧化氢，燃料主要为端羟基聚丁二烯、石蜡、聚乙烯等碳氢燃料，燃气无毒，满足绿色环保的要求；3)可通过调节氧化剂的流量实现低成本下发动机的推力调节及多次开关机。

不同于固体火箭发动机，固液火箭发动机燃料中不含或仅含少量的氧化剂，燃烧属于扩散燃烧，燃料的退移速率受表面热环境和自身热解特性的控制，并与氧化剂的流量、燃烧室压强、燃烧室结构的特征尺寸等因素有关。在燃料的热解过程中，一般是燃料先熔化形成液体层，当液体层达到热解温度后，燃料开始热解。混合发动机的燃料一般为内孔以便通入氧化剂，内孔燃料的制备要用到模具，由于燃料与模具贴合，因此要用到脱模剂，目前常用的脱模剂有凡士林、石蜡、脂肪酸等，这些脱模剂不容易燃烧；由于点火药在燃料的一端，而脱模剂不易燃烧，因此增大了燃料的点火延迟时间，不能使药柱全面均匀燃烧，不利于燃料的可靠燃烧。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种固液混合发动机燃料药柱与点火药一体制备工艺方法；通过在混合发动机药柱的内孔粘贴一层双基推进剂或复合推进剂，当发动机点火时，药柱内孔的双基推进剂或复合推进剂燃烧使得燃料燃烧，以保证发动机燃烧室的压强稳定。

本发明固液混合发动机燃料药柱与点火药一体制备工艺方法，其特征在于包括以下步骤:

步骤1.组装模具；

(1)选用圆柱形模具，或心形模具；

(2)将挤压成形的圆管状双基推进剂，或复合推进剂薄片粘贴在圆柱形芯模上；

(3)将橡胶垫圈套装在芯模上有螺纹的一端，芯模与模具套筒内底座螺纹连接；

(4)在模具套筒内侧粘贴环氧树脂，环氧树脂厚度为3mm；

步骤2.燃料药柱与点火药一体制备；

(1)将配方为35～50％石蜡、0.8～2％高分子添加剂、32～43％CTPB、2.2～5％MAPO、0～30％纳米Al的燃料融化后倒入环形凹槽中，溶液液面低于芯模和模具外壳高度；

(2)放置真空干燥箱中，温度调节到70℃并将压强抽至-0.09MPa；

(3)固化7天后取出药柱；

(4)将药柱从模具中取出，去掉芯模对药柱两端进行修剪，得到所需药柱。

有益效果

本发明提出的一种固液混合发动机燃料药柱与点火药一体制备工艺方法，通过在混合发动机药柱的内孔粘贴一层双基推进剂或复合推进剂，当发动机点火时，药柱内孔的双基推进剂或复合推进剂燃烧使得燃料燃烧，以保证发动机燃烧室的压强稳定。

(1)由于双基推进剂和复合推进剂的模型或贴片可很好的与模具分开，因此本发明提出的制备工艺，有利于燃料的脱模。

(2)由于目前常用的脱模剂具有阻燃效果，不利于燃料的点火。采用本发明制备的燃料，当对药柱进行点火时粘贴在燃料内孔处的推进剂迅速燃烧，实现药柱内孔同时点燃，使得发动机点火更加可靠，保证燃烧室压强稳定。

(3)由于混合发动机的燃料内部为空心，本发明制备的燃料可填补内孔部分空缺，而双基推进剂和复合推进剂能量高，因此可增加燃料总体的能量。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种固液混合发动机燃料药柱与点火药一体制备工艺方法作进一步详细说明。

图1为本发明的圆柱形模具的轴向剖视图。

图2为本发明的圆柱形模具的俯视图。

图3为本发明的星形模具的轴向剖视图。

图4为本发明的星形模具的俯视图。

图5为燃料药柱与点火药一体制备流程图。

图中

1.模具套筒 2.橡胶垫圈 3.芯模

具体实施方式

本实施例是一种固液混合发动机燃料药柱与点火药一体制备工艺方法。将挤压成型的管状双基推进剂套在圆柱形模具或心形模具的芯模上；或将复合推进剂的薄片粘贴在圆柱形模具或心形模具的芯模上，贴合缝隙。将芯模套上橡胶垫圈通过螺纹连接到模具套筒的底座上，将制备的燃料融化后浇注到模具凹槽中，液面低于芯模和模具套筒。对于需要凝固的药柱，将其放置在常温下凝固一定的时间；对于需要固化的药柱，将其放置在真空干燥箱中抽真空,并在一定温度下固化一定的时间。当药柱凝固或固化好后，去掉模具取出药柱，用刀具对药柱两端进行修剪，得到所需药柱。

参阅图1～图5，本实施例固液混合发动机燃料药柱与点火药一体制备工艺方法,具体步骤如下:

第一步.对模具进行组装；

(1)选用圆柱形模具的芯模:直径为20mm，长度为350mm，或心形模具的芯模直径为28mm，长度为350mm，特征尺寸为13mm，星角数为6，星槽圆弧半径为1mm，星边夹角为90°，星角系数为0.6。模具套筒内径为100mm；

(2)将挤压成形的内径为20mm，外径为50mm，长度为350mm的管状双基推进剂，或长度为350mm，宽度为62.8mm，厚度为5mm的复合推进剂薄片粘贴在圆柱形芯模上；或将挤压成形的内径为28mm，外径为40mm，长度为350mm，特征尺寸为13mm，星角数为6，星槽圆弧半径为1mm，星边夹角为90°，星角系数为0.6的管状双基推进剂，或6个长度为350mm，宽度为7mm，厚度3mm以及12个长度为350mm，宽度为5mm，厚度3mm的复合推进剂薄片固定在心形芯模上；

(3)将芯模有螺纹一端套上外径为15mm，内径为3mm的橡胶垫圈后连接到模具套筒的底座上；

(4)在模具套筒内侧粘贴3mm厚的环氧树脂。

第二步.燃料药柱与点火药一体制备；

(1)将配方为35～50％石蜡、0.8～2％高分子添加剂、32～43％CTPB、2.2～5％MAPO、0～30％纳米Al的燃料融化后倒入环形凹槽中，溶液高度为300mm；

(2)放入真空干燥箱中，温度调节到70℃并将压强抽至-0.09MPa；

(3)固化7天后取出药柱；

(4)将药柱从模具中取出，去掉芯模，用刀具对药柱两端进行修剪；得到内径20～26mm，外径100mm，长度300mm的燃料，或外径为100mm，内径为28mm，长度为350mm，特征尺寸为13mm，星角数为6，星槽圆弧半径为1mm，星边夹角为90°，星角系数为0.6的燃料。

实例一

本实施例中,选用圆柱形模具的芯模；芯模直径为20mm，长度为350mm，圆柱形模具套筒内径为100mm，深度为350mm。将圆柱形模具的芯模上有螺纹一端套上外径为15mm，内径为3mm的橡胶垫圈后连接到模具套筒的底座上，将挤压成形的内径为20mm，外径为50mm，长度为350mm的管状双基推进剂套在芯模上。在模具套筒内侧贴有3mm的环氧树脂，将配方为50％石蜡、2％高分子添加剂、43％CTPB、5％MAPO的燃料融化后倒入环形凹槽中，溶液高度为300mm；放入真空干燥箱中，温度调节到70℃并将压强抽至-0.09MPa，固化7天后取出药柱。将药柱从模具中取出，去掉芯模，用刀具对药柱两端进行修剪；得到内径为20mm，外径100mm，长度为300mm的药柱。

实为例二

本实施例中,选用心形模具的芯模，直径为28mm，长度为350mm，特征尺寸为13mm，星角数为6，星槽圆弧半径为1mm，星边夹角为90°，星角系数为0.6，心形模具套筒内径为100mm，深度为350mm。将圆柱形模具的芯模的带螺纹一端套上外径为15mm，內径为3mm的橡胶垫圈后连接到模具套筒的底座上，将挤压成形的内径为28mm，外径为40mm，长度为350mm，特征尺寸为13mm，星角数为6，星槽圆弧半径为1mm，星边夹角为90°，星角系数为0.6的管状双基推进剂套在芯模上，在模具套筒内侧粘贴3mm厚的环氧树脂，将配方为50％石蜡、2％高分子添加剂、43％CTPB、5％MAPO的燃料融化后倒入环形凹槽中，溶液高度为300mm；放入真空干燥箱中，温度调节到70℃并将压强抽至-0.09MPa，固化7天后取出药柱。将药柱从模具中取出，去掉芯模，用刀具对药柱两端进行修剪。得到外径为100mm，内径为28mm，长度为350mm，特征尺寸为13mm，星角数为6，星槽圆弧半径为1mm，星边夹角为90°，星角系数为0.6的药柱。

实例三

本实施例中,选用圆柱形模具的芯模,直径为20mm，长度为350mm；圆柱形模具套筒内径为100mm，深度为350mm。将长度为350mm，宽度为62.8mm，厚度为5mm的复合推进剂薄片粘贴在芯模上，使用丙酮溶解连接处的缝隙，将圆柱形模具的芯模带有螺纹一端套上外径为15mm，内径为3mm的橡胶垫圈后连接到模具套筒的底座上，在模具套筒内侧粘贴3mm厚的环氧树脂，将配方为35％石蜡、0.8％高分子添加剂、32％CTPB、2.2％MAPO、30％纳米Al燃料融化后倒入环形凹槽中，溶液高度为300mm；放入真空干燥箱中，温度调节到70℃并将压强抽至-0.09MPa，固化7天后取出药柱。将药柱从模具中取出，去掉芯模，用刀具对药柱两端进行修剪；得到内径26mm，外径100mm，长度300mm的药柱。

实例四

本实施例中,选用心形模具的芯模,直径为28mm，长度为350mm，特征尺寸为13mm，星角数为6，星槽圆弧半径为1mm，星边夹角为90°，星角系数为0.6；心形模具套筒内径为100mm，深度为350mm。将6个长度为350mm，宽度为7mm，厚度3mm,以及12个长度为350mm，宽度为5mm，厚度3mm的复合推进剂薄片依次粘贴在芯模上，使用丙酮溶解连接处的缝隙，将圆柱形模具的芯模有螺纹一端套上外径为15mm，内径为3mm的橡胶垫圈后连接到模具套筒的底座上，在模具套筒内侧粘贴3mm厚的环氧树脂，将配方为35％石蜡、0.8％高分子添加剂、32％CTPB、2.2％MAPO、30％纳米Al的燃料融化后倒入环形凹槽中，溶液高度为300mm；放入真空干燥箱中，温度调节到70℃并将压强抽至-0.09MPa，固化7天后取出药柱。将药柱从模具中取出，去掉芯模，用刀具对药柱两端进行修剪；得到外径为100mm，内径为28mm，长度为350mm，特征尺寸为13mm，星角数为6，星槽圆弧半径为1mm，星边夹角为90°，星角系数为0.6的药柱。

Claims (1)

1.一种固液混合发动机燃料药柱与点火药一体制备工艺方法，其特征在于包括以下步骤:

步骤1.组装模具；

(1)选用圆柱形模具，或星形模具；

(2)将挤压成形的圆管状双基推进剂，或复合推进剂薄片粘贴在圆柱形芯模上；

(3)将橡胶垫圈套装在芯模上有螺纹的一端，芯模与模具套筒内底座螺纹连接；

(4)在模具套筒内侧粘贴环氧树脂，环氧树脂厚度为3mm；

步骤2.燃料药柱与点火药一体制备；

(1)将配方为35～50％石蜡、0.8～2％高分子添加剂、32～43％端羧基聚丁二烯、2.2～5％MAPO、0～30％纳米Al的燃料融化后倒入环形凹槽中，溶液液面低于芯模和模具外壳高度；

(2)放置真空干燥箱中，温度调节到70℃并将压强抽至-0.09MPa；

(3)固化7天后取出药柱；

(4)将药柱从模具中取出，去掉芯模对药柱两端进行修剪，得到所需药柱。