CN111071491B - 一种环形固体推进剂装药结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种适用于燃气发生器的环形固体推进剂装药结构，该环形固体推进剂装药结构包括装药单体和框架。其中，装药单体安装在框架结构的装药单体安装孔内。本发明采用的环形固体推进剂装药结构，能够解决环形燃气发生器用装药的结构完整性问题，同时解决燃烧时间设计受限的问题。
Description
技术领域
本发明属于固体推进剂装药技术领域，具体涉及一种适用于燃气发生器的环形固体推进剂装药结构。
背景技术
采用固体推进剂装药的燃气发生器经常被用作导弹姿态控制等用途。由于弹上结构的限制，燃气发生器经常会被设计成环状结构，相应地固体推进剂装药也会被设计成环形结构，同时要求装药能够长时间稳定输出清洁燃气。在工程实践过程中，一般要求环形装药具有良好的恒面燃烧特性以及较低的燃烧速度，以满足工作时间长、燃气清洁等要求。但在一些环形装药的设计中，确定环形装药的结构尺寸(如外径D、内径d、长度L)时，则会遇到如下问题：
问题一：装药结构完整性差。环形装药设计时需要考虑一个重要参数：肉厚分数，即药柱肉厚与药柱半径之比，即(D-d)/2D。按照工程经验，肉厚分数一般要大于0.3。在某些燃气发生器内部，装药空间很小，装药的肉厚系数就可能小于0.3。如果肉厚系数小于0.3，装药结构强度就会降低，在力学环境冲击作用下，容易产生结构完整性破坏，最终导致燃气发生器工作故障。
问题二：燃烧时间受限。环形装药的燃烧时间一般表示为
式中：tb为燃烧时间，D为装药外径，d为装药内径，rb为推进剂燃烧速度。
在装药结构(D、d)有限的条件下，为满足长时间燃烧的需要，需要降低推进剂的燃烧速度。推进剂的燃烧速度可以通过降低燃烧压强或添加降速剂实现。但燃烧压强降低会造成推进剂燃烧能量释放不充分，同时产生大量残渣。而增加降速剂时，推进剂燃烧产生的燃气也会产生更多的固体颗粒，最终影响导弹控制效果。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种环形固体推进剂装药结构，以解决如何简便提高环形装药结构完整性且长时间输出清洁燃气的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种环形固体推进剂装药结构，该环形固体推进剂装药结构安装于环形结构的燃气发生器装置中；推进剂装药结构包括装药单体和框架；其中，框架为环形多孔结构，装药单体通过粘接的方式安装在框架结构的装药单体安装孔内，装药单体包括推进剂和包覆层，推进剂为柱状、球形结合结构体，包覆层对推进剂的柱形面和球形面进行包覆限燃。
进一步地，装药单体通过弹性胶体粘接在框架结构的装药单体安装孔内。
进一步地，粘接的长度为装药单体长度的三分之一到二分之一。
进一步地，装药单体的燃烧方式为恒面燃烧。
进一步地，包覆层采用硅橡胶、聚氨酯或不饱和树脂材料。
进一步地，框架采用低密度、高强度、耐烧蚀复合材料。
进一步地，推进剂采用浇铸工艺或压伸工艺制备成柱状毛坯，然后再用车削工艺加工成柱形、球形结合结构体，外形面为平端面、柱形面、弧形面、球形面结合型面。
(三)有益效果
本发明提出的环形固体推进剂装药结构，包括装药单体和框架；其中，装药单体安装在框架结构的装药单体安装孔内。本发明采用的环形固体推进剂装药结构，能够解决环形燃气发生器用装药的结构完整性问题，同时解决燃烧时间设计受限的问题。
附图说明
图1为本发明实施例的环形固体推进剂装药结构主视图(a)与侧视图(b)；
图2为本发明实施例中装药单体结构剖面图；
图3为本发明实施例中推进剂结构图；
图4为本发明实施例中框架主视图(a)与侧视图(b)；
图5为本发明实施例中装药单体与框架粘接方式示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种环形固体推进剂装药结构，如图1所示，包括装药单体1和框架2两部分。其中，装药单体1通过弹性胶体粘接的方式安装在框架结构的装药安装孔内。
本实施例的环形固体推进剂装药结构，可安装于环形结构的燃气发生器装置中，通过点火装置使得装药单体的推进剂燃烧，可在较高压强下长时间稳定输出所需要清洁燃气流。
如图2所示，装药单体1包括推进剂11和包覆层12。其中，推进剂11为柱状、球形结合结构体；采用包覆层12对推进剂11的柱形面、球形面进行包覆限燃。包覆层12可以采用常用的硅橡胶、聚氨酯、不饱和树脂等材料。通常先将加工好的推进剂11在模具中定位，然后在推进剂11与模具的缝隙中灌注包覆材料，包覆层11的厚度a一般采用等厚度设计，可由模具保证。然后在高温或常温条件下固化。固化后进行脱模、清理，最终形成端面燃烧形式的装药单体1。其中，装药单体1长度为L12，柱形面121直径为D121,过渡弧形面122半径为r122，球形面123半径为R123。
如图3所示，推进剂11可以采用可在高压强条件下实现快速燃烧的清洁推进剂配方，可采用常规工艺如浇铸工艺、压伸工艺等制备成柱状毛坯，然后再用常规车削工艺加工成柱形、球形结合结构体，外形面通常为平端面、柱形面、弧形面、球形面结合型面。柱状外形面111直径为D111，过渡弧形面112半径为r112，球形面113半径为R113。一般情况下，
如图4所示，框架2可以采用低密度、高强度、耐烧蚀复合材料，如高硅氧布棒、层压玻璃板等。一般采用车削工艺加工成环形，然后采用钻铣工艺在环形端面进行装药安装孔21加工。装药安装孔21的数量为n，由设计决定。装药安装孔21的内型面一般为柱形、过渡弧形、球形结合型面；柱形面211直径为D211，过渡弧形面212半径为r212，球形面213半径为R213；一般情况下，D211＞D121、r212＜r122、R213＞R123；装药单体1安装孔深度为L21，一般情况下L21≥L12。
如图5所示，框架结构2制备完成后，用乙酸乙酯进行装药安装孔21内型面的擦洗处理。然后在装药安装孔21底部、侧面涂覆少量胶粘剂如硅橡胶、环氧胶等，将装药单体1粘接在装药安装孔21内，粘接长度为L1-2，一般设计为
然后静置固化不少于24小时，固化然后进行清理。
本实施例的环形固体推进剂装药结构完成后，药柱肉厚只与推进剂长度有关，装药整体强度提高。工作时装药单体1实现端面燃烧，燃气流量稳定。在设计压强条件下，环形固体推进剂装药燃烧时间为
式中：tb为燃烧时间，L11为装药单体中推进剂长度，rb为装药单体中推进剂燃烧速度。
对比可知，如空间结构允许，环形推进剂装药的燃烧时间可以在压强不变、燃速不变的前提下通过推进剂的长度进行适当调节，最终保证燃气发生器在较高压强条件下输出清洁燃气。同时装药单体具有良好的结构完整性特性，因此环形固体推进剂装药结构完整性良好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种环形固体推进剂装药结构，其特征在于，所述环形固体推进剂装药结构安装于环形结构的燃气发生器装置中；所述推进剂装药结构包括装药单体和框架；其中，所述框架为环形多孔结构，所述装药单体通过粘接的方式安装在框架结构的装药单体安装孔内，所述装药单体包括推进剂和包覆层，所述推进剂为柱状、球形结合结构体，所述包覆层对推进剂的柱形面和球形面进行包覆限燃。
2.如权利要求1所述的推进剂装药结构，其特征在于，所述装药单体通过弹性胶体粘接在框架结构的装药单体安装孔内。
3.如权利要求1所述的推进剂装药结构，其特征在于，所述粘接的长度为所述装药单体长度的三分之一到二分之一。
4.如权利要求1所述的推进剂装药结构，其特征在于，所述装药单体的燃烧方式为恒面燃烧。
5.如权利要求1所述的推进剂装药结构，其特征在于，所述包覆层采用硅橡胶、聚氨酯或不饱和树脂材料。
6.如权利要求1所述的推进剂装药结构，其特征在于，所述框架采用低密度、高强度、耐烧蚀复合材料。
7.如权利要求1所述的推进剂装药结构，其特征在于，所述推进剂采用浇铸工艺或压伸工艺制备成柱状毛坯，然后再用车削工艺加工成柱形、球形结合结构体，外形面为平端面、柱形面、弧形面、球形面结合型面。
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