CN112855385A - 一种适用于低温点火的装药结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于低温点火的装药结构，包括推进剂药柱，所述的推进剂药柱中心沿着轴向开设有两端贯通的中心孔；所述的推进剂药柱的一端开设有与中心孔同轴设置且相连通的内锥口；所述的推进剂药柱的另一端的端面上开设有引燃药环安装槽，引燃药环安装槽内嵌入式安装有引燃药环，引燃药环与中心孔同轴设置；所述的引燃药环的一端端面与引燃药环安装槽的槽底之间通过硝化棉溶液粘结层粘结；所述的推进剂药柱的侧壁上设置有包覆层。本发明可在满足内弹道性能的前提下，有效提高低温环境下装药点火可靠性。本发明能够有效改善装药低温点火时出现的延迟起燃、起燃失效等现象，大幅提高装药在低温环境下的点火可靠性。

Description

一种适用于低温点火的装药结构
技术领域
本发明属于固体燃气发生器领域，涉及点火的装药结构，具体涉及一种适用于低温点火的装药结构。
背景技术
由于低燃温固体燃气发生器具有燃气温度低、燃气清洁、免维护等特点，其在航天、航空、现代化武器装备等领域均有广泛应用，如涡轮启动、导弹尾舵姿控、弹体翼展、低温燃气充压等。低燃温固体燃气发生器在低温环境下的可靠点火是该领域较关注的问题，涉及的综合影响因素较多。从推进剂角度分析，低燃温固体燃气发生器装药多采用低燃温双基推进剂，该类型推进剂爆热值较低，其爆热值小于3500kJ/kg，在热激励下其反应速率较慢，起燃滞后，低温环境(推进剂初温-40℃～-60℃)的影响下，在点火过程中更易出现延迟点火甚至瞎火等现象。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种适用于低温点火的装药结构，解决现有技术中在满足内弹道性能的基础上，装药结构的低温环境下装药点火可靠性有待进一步提升的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种适用于低温点火的装药结构，包括推进剂药柱，所述的推进剂药柱中心沿着轴向开设有两端贯通的中心孔；
所述的推进剂药柱的一端开设有与中心孔同轴设置且相连通的内锥口；
所述的推进剂药柱的另一端的端面上开设有引燃药环安装槽，引燃药环安装槽内嵌入式安装有引燃药环，引燃药环与中心孔同轴设置；
所述的引燃药环的一端端面与引燃药环安装槽的槽底之间通过硝化棉溶液粘结层粘结；
所述的推进剂药柱的侧壁上设置有包覆层。
本发明还具有如下技术特征：
所述的引燃药环的另一端面与推进剂药柱的另一端的端面平齐。
所述的硝化棉溶液粘结层采用硝化棉溶液制成。
所述的硝化棉溶液，以重量份数计，由以下原料组成：硝化棉为2.5份，乙酸乙酯为21.5份，丙酮为76份。
所述的推进剂药柱采用低燃温双基推进剂制成；所述的引燃药环采用改性双基推进剂制成。
所述的低燃温双基推进剂的爆热值为3200kJ/kg～3400kJ/kg；所述的改性双基推进剂的爆热值为4000kJ/kg～4200kJ/kg。
所述的包覆层采用不饱和树脂制成。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)本发明可在满足内弹道性能的前提下，有效提高低温环境下装药点火可靠性。
(Ⅱ)本发明能够有效改善装药低温点火时出现的延迟起燃、起燃失效等现象，大幅提高装药在低温环境下的点火可靠性。
(Ⅲ)本发明结构简单，操作方便。
附图说明
图1为对比例1的装药结构示意图。
图2为对比例2的装药结构示意图。
图3为本发明实施例的装药结构示意图。
图4为对比例1的装药结构的P-t测试曲线。
图5为对比例2的装药结构的P-t测试曲线。
图6为本发明实施例的装药结构的P-t测试曲线。
图中各个标号的含义为：1-推进剂药柱，2-中心孔，3-内锥口，4-引燃药环安装槽，5-引燃药环，6-硝化棉溶液粘结层，7-包覆层，8-内环形凹槽，9-外环形凹槽。
以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细说明。
具体实施方式
需要说明的是，本发明中的低温指的是温度范围在-38℃～-42℃范围内。
需要说明的是，本发明中的所有部件和材料，如无特殊说明，全部均采用现有技术中已知的部件和材料。
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
对比例1：
本对比例给出一种装药结构，如图1所示，包括推进剂药柱1，推进剂药柱1中心沿着轴向开设有两端贯通的中心孔2；
推进剂药柱1的两端对称开设有与中心孔2同轴设置且相连通的内锥口3；
推进剂药柱1的侧壁上设置有包覆层7。
本对比例中，推进剂药柱1、中心孔2、内锥口3和包覆层7的尺寸和角度与实施例1对应相同。
具体的，本对比例中，推进剂药柱1和包覆层7的材料与实施例1对应相同。
对比例1的装药结构为两端内锥对称结构，从流场分析结果可知，其中靠近燃气发生器点火端的内锥在燃气发生器点火具工作后，其内锥结构加速点火燃气流动，导致点火燃气与推进剂表面作用时间缩短，对装药起燃造成不利影响。
对比例2：
本对比例给出一种装药结构，如图2所示，包括推进剂药柱1，推进剂药柱1中心沿着轴向开设有两端贯通的中心孔2；
推进剂药柱1的一端开设有与中心孔2同轴设置且相连通的内锥口3；
推进剂药柱1的另一端的端面上开设有另个同心设置的环形凹槽，分别为内环形凹槽8和外环形凹槽9，内环形凹槽8和外环形凹槽9与中心孔2同轴设置。
推进剂药柱1的侧壁上设置有包覆层7。
本对比例中，推进剂药柱1、中心孔2、内锥口3和包覆层7的尺寸和角度与实施例1对应相同。
本对比例中，内环形凹槽8的内径d1＝10mm，外径d2＝15mm深度h＝2.5mm。外环形凹槽9的内径d3＝20mm，外径d4＝25mm，深度h1＝2.5mm。
具体的，本对比例中，推进剂药柱1和包覆层7的材料与实施例1对应相同。
对比例2的装药结构将靠近燃气发生器点火端设计为端面结构，从流场分析结果可知，端面结构对点火燃气流动起到一定的缓滞作用，可延长点火燃气与推进剂表面作用时间，同时在端面结构预制两个环形凹槽增大装药与点火燃气的初始作用面积，进一步提高装药起燃效果。
实施例1：
本实施例给出一种适用于低温点火的装药结构，如图3所示，包括推进剂药柱1，推进剂药柱1中心沿着轴向开设有两端贯通的中心孔2；
推进剂药柱1的一端开设有与中心孔2同轴设置且相连通的内锥口3；
推进剂药柱1的另一端的端面上开设有引燃药环安装槽4，引燃药环安装槽4内嵌入式安装有引燃药环5，引燃药环5与中心孔2同轴设置；
引燃药环5的一端端面与引燃药环安装槽4的槽底之间通过硝化棉溶液粘结层6粘结；
推进剂药柱1的侧壁上设置有包覆层7。
作为本实施例的一种优选方案，引燃药环5的另一端面与推进剂药柱1的另一端的端面平齐。
具体的，本实施例中：
推进剂药柱1的外径D＝29mm，长度L＝61mm；
中心孔2的孔径d0＝4mm；
内锥口3的内锥角θ＝77.3°，端面最大口径W＝20mm。
引燃药环5的外径内径d5＝12mm，d6＝25mm，厚度h2＝3.5mm。
包覆层7的厚度s＝1.2mm；
作为本实施例的一种优选方案，硝化棉溶液粘结层6采用硝化棉溶液制成。
硝化棉溶液，以重量份数计，由以下原料组成：硝化棉为2.5份，乙酸乙酯为21.5份，丙酮为76份。乙酸乙酯和丙酮均为分析纯。
常规涉及装药结构粘结时，从装药推进剂安全性及粘结性能综合考虑，粘结剂一般采用环氧胶、聚氨酯胶等，通过延长胶体固化时间减弱放热效应，既能保证装药安全性，又能强化粘结效果；但采用环氧胶、聚氨酯胶进行装药结构粘结时，在点火药环燃烧结束后，胶体爆露，胶体吸热分解后其所覆盖的推进剂环形凹槽底面才开始吸热燃烧，造成推进剂表面点火延迟(点火期毫秒级)有较大影响。
本装药结构引燃药环与推进剂粘结采用硝化棉溶液，硝化棉溶液主要成分为硝化棉、有机溶剂等，引燃药环及推进剂主体粘合剂均为硝化棉，粘结时，硝化棉溶液中有机溶剂对引燃药环及推进剂粘结表面进行溶解后，溶液中的硝化棉与引燃药环及推进剂中硝化棉溶于一体，在硝化棉溶液中的有机溶剂挥发后，引燃药环及推进剂粘结表面通过硝化棉固体结合为一体。在固化过程中无放热，提高了装药粘结的安全性。另外在点火药环燃烧结束后，推进剂环形凹槽底面直接吸热燃烧，实现无延迟起起燃。
作为本实施例的一种优选方案，推进剂药柱1采用低燃温双基推进剂制成；引燃药环5采用改性双基推进剂制成。
低燃温双基推进剂为已知推进剂，例如SZQu推进剂；改性双基推进剂为已知推进剂，例如GHJQ改性双基推进剂。。
具体的，低燃温双基推进剂的爆热值为3200kJ/kg～3400kJ/kg；改性双基推进剂的爆热值为4000kJ/kg～4200kJ/kg。
作为本实施例的一种优选方案，包覆层7采用不饱和树脂制成。不饱和树脂为已知不饱和树脂，例如79-111不饱和聚酯树脂。
性能测试：
将上述实施例、对比例1和对比例2的三种结构装药装入燃气发生器(注：对比例2的装药结构在装配时环形凹槽端靠近燃气发生器点火具，实施例的装药结构在装配时引燃药环端靠近燃气发生器点火具)，放入-40℃低温箱，保持6小时后分别进行P-t测试，如图4至图6所示，三种结构装药P-t测试结果表明：
对比例1的装药结构在点火后初始燃面起燃不充分，压力下降至1.946MPa，低于双基推进剂临界压强(约3MPa)，易出现不稳定燃烧或熄火现象。
对比例2的装药结构在点火后压力下降至3.016MPa，与双基推进剂临界压强相当，初始燃面起燃效果有一定提高。
实施例1的装药结构在点火后初始燃面起燃效果较优，压力仅下降至4.355MPa后装药正常燃烧，有效提高了燃气发生器低温环境下的点火可靠性。

Claims (7)

1.一种适用于低温点火的装药结构，包括推进剂药柱(1)，其特征在于，所述的推进剂药柱(1)中心沿着轴向开设有两端贯通的中心孔(2)；
所述的推进剂药柱(1)的一端开设有与中心孔(2)同轴设置且相连通的内锥口(3)；
所述的推进剂药柱(1)的另一端的端面上开设有引燃药环安装槽(4)，引燃药环安装槽(4)内嵌入式安装有引燃药环(5)，引燃药环(5)与中心孔(2)同轴设置；
所述的引燃药环(5)的一端端面与引燃药环安装槽(4)的槽底之间通过硝化棉溶液粘结层(6)粘结；
所述的推进剂药柱(1)的侧壁上设置有包覆层(7)。
2.如权利要求1所述的适用于低温点火的装药结构，其特征在于，所述的引燃药环(5)的另一端面与推进剂药柱(1)的另一端的端面平齐。
3.如权利要求1所述的适用于低温点火的装药结构，其特征在于，所述的硝化棉溶液粘结层(6)采用硝化棉溶液制成。
4.如权利要求3所述的适用于低温点火的装药结构，其特征在于，所述的硝化棉溶液，以重量份数计，由以下原料组成：硝化棉为2.5份，乙酸乙酯为21.5份，丙酮为76份。
5.如权利要求1所述的适用于低温点火的装药结构，其特征在于，所述的推进剂药柱(1)采用低燃温双基推进剂制成；所述的引燃药环(5)采用改性双基推进剂制成。
6.如权利要求5所述的适用于低温点火的装药结构，其特征在于，所述的低燃温双基推进剂的爆热值为3200kJ/kg～3400kJ/kg；所述的改性双基推进剂的爆热值为4000kJ/kg～4200kJ/kg。
7.如权利要求1所述的适用于低温点火的装药结构，其特征在于，所述的包覆层(7)采用不饱和树脂制成。
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