CN109578148A - 一种涡扇发动机烟火起动器异形装药 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种涡扇发动机烟火起动器异形装药，包括主装药柱和包覆层，所述的主装药柱外形与烟火起动器的壳体内表面形状一致，沿壳体轴线开有中心通孔；所述的包覆层为耐燃材料，对主装药柱外侧和底面进行部分包覆，确保主装药柱等面燃烧。本发明通过内部装药和壳体结构匹配设计，在保证整体气动外形的情况下最大限度的利用了装药空间；通过包覆层结构设计实现了等面燃烧，保证了燃气输出压强的恒定。
Description
技术领域
本发明属于火工品技术领域，涉及一种异形装药结构设计，特别涉及能够实现恒定工作压强、最大限度利用装药空间的烟火起动器异形装药结构设计。
背景技术
烟火起动器安装于涡扇发动机的尾椎上，用于起动发动机。其作用原理是烟火起动器工作，推进剂药剂燃烧产生大量燃气，燃气从喷管喷出作为动力源吹转燃油发动机转子转动实现发动机的快速起动。为了保证发动机能够平稳起动，作为燃气输出的动力源，通常要求烟火起动器燃气压强输出恒定。为了实现这一目标，设计师在进行装药结构设计时通常将装药设计为简单的端面包覆的管状装药结构。然而，由于烟火起动器安装在发动机尾椎上所处的特殊工况，为了保证发动机燃气流出的良好气动外形，需要将烟火起动器壳体外形结构为锥形。在这种壳体结构外形下，如果仍按传统设计思维，将装药设计为端面包覆的管状装药，势必造成壳体空间的巨大浪费。如图 1所示中的烟火起动器装药空间4，如果采用上下端面包覆的管状装药(如图2所示)，大量装药空间没有得到有效利用，装药量少，同时不利于药柱的稳定固定。
而要避免装药空间浪费，装药形状就要和壳体锥形结构保持一致也设计为锥形，这样就可以最大限度的利用装药空间。将装药设计为锥形这一特殊形状，对输出压强保持恒定要求又提出了高的挑战。这就需设计一种特殊的新型装药结构，既能实现装药空间利用率最大化又能实现燃气输出压强的恒定。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种异形装药结构，既能最大限度的利用壳体装药空间又能满足输出压强恒定要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种涡扇发动机烟火起动器异形装药结构设计，包括主装药柱和包覆层。
所述的主装药柱外形与烟火起动器的壳体内表面形状一致，沿壳体轴线开有中心通孔；所述的包覆层为耐燃材料，对主装药柱外侧和底面进行部分包覆，确保主装药柱等面燃烧。
所述的主装药柱上段为圆锥台，下段为圆柱，圆柱底面为两层台阶柱；圆锥台的底面与圆柱的顶面形状一致，圆锥台的顶面开有凹槽，凹槽形状呈圆锥台状，凹槽底部和主装药柱底部之间开有贯通的圆孔。
所述的主装药柱上段圆锥台的底面直径为123mm，锥度为48°，高度为35mm；下段圆柱的高度为56mm，圆柱底面凸出两层台阶柱，第一层高度为9mm，直径为 112.8mm，第二层高度为2mm，直径为108.8mm；圆锥台的顶面凹槽底面直径为75mm，顶面直径为62mm，高度为9mm；凹槽底部和主装药柱底部之间的圆孔直径为18mm；包覆层包覆了圆柱侧壁高度为41mm的部分以及圆柱底部的第一层凸起。
本发明的有益效果是：通过内部装药和壳体结构匹配设计，在保证整体气动外形的情况下最大限度的利用了装药空间；通过包覆层结构设计实现了等面燃烧，保证了燃气输出压强的恒定。
附图说明
图1是现有烟火起动器的结构示意图；
图2是现有烟火起动器的管状装药示意图；
图3是本发明烟火起动器的结构示意图；
图4是本发明异形药柱的结构示意图；
图5是本发明药柱包覆层的结构示意图；
图6是本发明主装药柱燃面示意图；
图7是本发明燃气压强与时间曲线图；
图中，1-电爆管，2-点火药盒，3-壳体，4-装药空间，5-喷管，6-主装药柱，601- 药柱，602-包覆层，601a-锥形槽，601b-锥形面，601c-直通孔，601d-外侧面，601e- 底面，602a-外侧包覆层面，602b-底面包覆层面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明提供的一种涡扇发动机烟火起动器异形装药结构设计，主要包括主装药结构设计和包覆层结构设计。该烟火起动器装药结构为异形设计，通过合理的主装药设计和包覆层包覆设计，能够保持和壳体形状一致，最大化的利用壳体装药空间又能实现压强输出恒定。
所述的主装药柱上部为锥形结构，下部为管状结构，带有中心孔，实现与壳体外形保持一致，最大化的利用装药空间。
所述的包覆层对主装药柱外部和底面进行部分包覆，保证主装药能够等面燃烧实现燃气输出恒定。
本实施例设计的一种异形装药结构，通过内部装药匹配设计，在保证整体气动外形的情况下最大限度的利用了装药空间。主装药柱端面设计为锥形槽，外侧面上部分设计为锥形面，下部分设计为环形面，中心孔为直通孔。
如图3所示，主装药柱6的装药结构设计紧凑，和壳体形状保持一致，充分利用了装药空间。
如图4所示，为了最大限度的利用装药空间，装药设计为和壳体一样的锥形结构。药柱601产生燃气提供工作压强，结构设计为上部分锥形，下半部分为环形，可以最大限度的利用装药空间。包覆层602用于对601药柱部分包覆，分为外侧部分包覆和底面部分包覆，保证药柱等面燃烧实现恒压工作。
如图5所示，药柱601设计有锥形槽601a，形状特征与图1中点火药盒2相匹配，锥形面有利于燃气流动；锥形面601b的形状特征与图1中壳体3锥形相匹配；直通孔601c 为燃气流出通道；外侧面601d通过与包覆层602粘接调节燃面面积；底面601e通过与包覆层602粘接调节燃面面积。
如图6所示，药柱包覆层602的外侧包覆层面602a调节包覆高度L2实现侧面燃面面积变化；底面包覆层面602b调节直径φm实现底面燃面面积变化。综合调节包覆高度 L2和φm大小可以实现药柱等面燃烧。
本实施例设计的一种异形装药结构，通过包覆层结构设计实现了等面燃烧，保证了燃气输出压强的恒定。通过调节外侧面包覆高侧面燃面面积变化；通过调节未包覆直径尺寸实现底面燃面面积变化。具体实施尺寸图见图7所示。
对图7主装药柱燃面进行计算，取燃烧肉厚2mm步长，计算表结果见表1。从表1 可以看出在有效燃烧工作时间内燃烧面积基本保持恒定。
表1燃烧肉厚与燃烧面积计算结果
将药柱装配成烟火起动器成品，进行地面发火试验，采集燃气压强与时间曲线，如图8所示，可以看出在有效燃烧工作时间A-B时间段，燃气输出压强维持在10.1MPa，基本保持恒定。
经计算和试验表明，本实施例设计的异形装药结构，最大限度利用了烟火起动器内部装药空间，保证了与壳体一致的气动外形，实现了恒定的工作压强。
Claims (3)
1.一种涡扇发动机烟火起动器异形装药，包括主装药柱和包覆层，其特征在于：所述的主装药柱外形与烟火起动器的壳体内表面形状一致，沿壳体轴线开有中心通孔；所述的包覆层为耐燃材料，对主装药柱外侧和底面进行部分包覆，确保主装药柱等面燃烧。
2.根据权利要求1所述的涡扇发动机烟火起动器异形装药，其特征在于：所述的主装药柱上段为圆锥台，下段为圆柱，圆柱底面为两层台阶柱；圆锥台的底面与圆柱的顶面形状一致，圆锥台的顶面开有凹槽，凹槽形状呈圆锥台状，凹槽底部和主装药柱底部之间开有贯通的圆孔。
3.根据权利要求1所述的涡扇发动机烟火起动器异形装药，其特征在于：所述的主装药柱上段圆锥台的底面直径为123mm，锥度为48°，高度为35mm；下段圆柱的高度为56mm，圆柱底面凸出两层台阶柱，第一层高度为9mm，直径为112.8mm，第二层高度为2mm，直径为108.8mm；圆锥台的顶面凹槽底面直径为75mm，顶面直径为62mm，高度为9mm；凹槽底部和主装药柱底部之间的圆孔直径为18mm；包覆层包覆了圆柱侧壁高度为41mm的部分以及圆柱底部的第一层凸起。
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