CN114714545A - 一种固体火箭发动机半哑铃环形槽药柱成型模及成型方法 - Google Patents

一种固体火箭发动机半哑铃环形槽药柱成型模及成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种固体火箭发动机半哑铃环形槽药柱成型模及成型方法，属于固体火箭发动机技术领域。该方法能实现特殊半哑铃环形槽药柱结构的快速成型，拓展了芯模装药的适用范围。其特征是利用增材制造技术实现特殊可燃芯模组件的制备，通过免拆卸芯模方案实现该特殊药柱结构的成型，通过点阵或蜂窝结构保证芯模结构的轻质化，同时实现芯模结构在点火后迅速燃烧。本发明实现了一种半哑铃环形槽药柱结构的成型，为复杂药柱结构的设计及生产提供一种快速高效的实现手段。与现有的芯模制作工艺相比，本发明能够实现其无法实现的复杂药型构建，同时提高生产效率。

Description

一种固体火箭发动机半哑铃环形槽药柱成型模及成型方法
技术领域
本发明属于航空航天技术领域，涉及到固体火箭发动机药柱结构的成型方法，特别涉及到一类环形槽药柱结构的成型方法。
背景技术
固体火箭发动机药柱结构是影响发动机性能的关键因素之一，它影响着发动机的内弹道特性、结构完整性等。随着固体火箭发动机技术的发展，采用大直径、高装填比药柱来提高发动机整体性能的手段近些年得到了广泛的应用，但是随着装填比的增大，药柱结构在发动机工作过程中承受的应力应变水平也随之增大，影响着发动机的药柱结构完整性及工作可靠性。为了降低高装填药柱结构内部的应力水平，通常会在药柱结构设计的过程中采用一些复杂的结构形式，如径向环形槽药柱、超大翼片药柱等结构。
与传统的径向环形槽药柱相比，半哑铃环形槽药柱能够降低尖端应力水平，同时能够增大药柱的初始燃面，使发动机的初始推力增大，内弹道曲线更加平滑，但这种药柱结构进一步加剧了药柱成型的难度。
目前，药柱结构的成型方式主要是通过组合芯模来实现，主要步骤如下：
1、根据药柱结构的形状反向设计，形成组合芯模结构；
2、将组合芯模按照一定的顺序预先安装于燃烧室内；
3、浇注推进剂，等待推进剂固化为药柱；
4、推进剂固化后将组合芯模拆除(也称为脱模)，最终形成符合设计要求的药柱结构。
对于环形槽这种特殊形状的药柱结构，传统的组合芯模成型的方式存在明显的不足，主要体现在两个方面：一是组合芯模存在脱模困难甚至无法进行有效脱模的问题；二是芯模结构的设计繁琐，多个芯模组合件的连接方式复杂，生产效率较低。
采用可溶芯模也是一种成型环形槽药柱的实现方式，它的工作原理为在某种具有一定强度的水/溶剂溶性材料上包裹一层保护膜，脱模过程中是用溶剂水或者溶剂将可溶性材料溶解，保护膜的存在使得溶剂不会对药柱质量产生影响。但此种方法流程复杂，对于细小的环形槽来说操作空间较小，同时存在溶剂污染药柱表面的风险。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种固体火箭发动机半哑铃环形槽药柱成型模及成型方法，该特殊药柱结构能够进一步降低药柱内部的应力水平，提高发动机的工作可靠性。本发明能实现特殊半哑铃环形槽药柱的高效成型，利用增材制造技术实现特殊可燃芯模组件的制备，通过免拆卸芯模方案实现该特殊药柱结构的成型，通过点阵或蜂窝结构保证芯模结构的轻质化，同时实现芯模结构在点火后迅速燃烧。本发明解决了半哑铃环形槽药柱成型困难的问题，能够实现药柱结构的快速成型及生产，并提高药柱结构芯模的生产效率。
本发明的技术方案：
一种固体火箭发动机半哑铃环形槽药柱成型模，包括半哑铃环形槽药柱燃烧室1、可燃芯模组件4和中心芯轴5。
所述的半哑铃环形槽药柱燃烧室1由燃烧室壳体2和药柱3构成。
所述的可燃芯模组件4为由芯模外壳6内部填充芯模支撑结构7而成的圆环状腔体结构，剖面图为半哑铃形；可燃芯模组件4的内孔通过连接螺栓8连接在中心芯轴5上，实现可燃芯模组件与中心芯轴的可靠组合，且满足拆卸方便的需求。
所述中心芯轴5为中空的圆柱结构，用于在药柱成型过程中将可燃芯模组件4固定在半哑铃环形槽药柱燃烧室1中，药柱固化后对中心芯轴5进行拆卸。
所述药柱3填充在燃烧室壳体2中，并通过粘接剂与可燃芯模组件4可靠粘接，保证在发动机点火工作之前结构完整。
进一步的，所述的可燃芯模组件4采用燃点较低的纤维素类材料，同时满足增材制造要求；优选硝化纤维素、醋酸纤维素等材料。
进一步的，所述芯模支撑结构7为点阵或蜂窝结构，用于增加芯模外壳的强度。
进一步的，所述的粘接剂采用高分子材料加填料构成。
进一步的，半哑铃环形槽药柱燃烧室1中设有多个可燃芯模组件4，形成多个半哑铃环形槽。
采用上述固体火箭发动机半哑铃环形槽药柱成型模的成型方法，包括以下步骤：
步骤1：按照半哑铃环形槽药柱内部形状匹配设计芯模外壳6，根据药柱内部的应力水平，确定芯模外壳6厚度；为了提高模具强度，避免在药浆浇注过程中破裂，芯模外壳6内部采用芯模支撑结构7进行加强；
步骤2：利用增材制造方法制备出步骤1中设计的可燃芯模组件4的整体结构，并在可燃芯模组件4表面涂抹粘接剂；
步骤3：按照药柱3内孔结构匹配加工中心芯轴5，中心芯轴5表面涂抹脱模剂；
步骤4：将可燃芯模组件4及中心芯轴5通过连接螺栓8进行组装，并一同安装于燃烧室壳体2内部；若燃烧室壳体2开口较小，需将可燃芯模组件4设计为能够通过燃烧室壳体2开口的分瓣对接结构并打印，先将分瓣的可燃芯模组件通过燃烧室壳体的小开口放入燃烧室内部，然后在燃烧室内部进行组装；
步骤5：按照要求进行装药及固化；
步骤6：药柱3固化后，拆卸连接中心芯轴5与可燃芯模组件4的连接螺栓8，将中心芯轴5从半哑铃环形槽燃烧室1中取出；
步骤7：对可燃芯模组件4突出药柱3的部分进行打磨处理，完成药柱结构成型。
本发明的有益效果：本发明所述的方法可以实现一种半哑铃环形槽药柱结构的成型，为复杂药柱结构的设计及生产提供一种快速高效的实现手段。与现有的芯模制作工艺相比，该方法能够实现其无法实现的复杂药型构建，同时提高生产效率。
附图说明
图1为典型固体火箭发动机环形槽药柱燃烧室结构剖视图。
图2为固体火箭发动机半哑铃环形槽药柱燃烧室结构剖视图。
图3为固体火箭发动机半哑铃环形槽药柱结构成型示意图。
图4为可燃芯模组件与中心芯轴连接剖视图。
图中：1半哑铃环形槽药柱燃烧室；2燃烧室壳体；3药柱；4可燃芯模组件；5中心芯轴；6芯模外壳；7芯模支撑结构；8连接螺栓。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的描述。
如图2-3所示，一种固体火箭发动机半哑铃环形槽药柱成型模，包括半哑铃环形槽药柱燃烧室1、可燃芯模组件4和中心芯轴5。
所述的半哑铃环形槽药柱燃烧室1由燃烧室壳体2和药柱3构成。
如图4所示，可燃芯模组件4为由芯模外壳6内部填充芯模支撑结构7而成的圆环状腔体结构，剖面图为半哑铃形；可燃芯模组件4的内孔通过连接螺栓8连接在中心芯轴5上；其采用醋酸纤维素材料制成。
所述中心芯轴5为中空的圆柱结构，用于在药柱成型过程中将可燃芯模组件4固定在半哑铃环形槽药柱燃烧室1中，药柱固化后对中心芯轴5进行拆卸。
所述药柱3填充在燃烧室壳体2中，并通过粘接剂与可燃芯模组件4粘接，保证在发动机点火工作之前结构完整。
采用上述固体火箭发动机半哑铃环形槽药柱成型模的成型方法，包括以下步骤：
步骤1：按照半哑铃环形槽药柱内部形状匹配设计芯模外壳6，根据药柱内部的应力水平，确定芯模外壳6厚度；为了提高模具强度，避免在药浆浇注过程中破裂，芯模外壳6内部采用芯模支撑结构7进行加强；
步骤2：利用增材制造方法制备出步骤1中设计的可燃芯模组件4的整体结构，并在可燃芯模组件4表面涂抹粘接剂；
步骤3：按照药柱3内孔结构匹配加工中心芯轴5，中心芯轴5表面涂抹脱模剂；
步骤4：将可燃芯模组件4及中心芯轴5通过连接螺栓8进行组装，并一同安装于燃烧室壳体2内部；若燃烧室壳体2开口较小，需将可燃芯模组件4设计为能够通过燃烧室壳体2开口的分瓣对接结构并打印，先将分瓣的可燃芯模组件通过燃烧室壳体的小开口放入燃烧室内部，然后在燃烧室内部进行组装；
步骤5：按照要求进行装药及固化；
步骤6：药柱3固化后，拆卸连接中心芯轴5与可燃芯模组件4的连接螺栓8，将中心芯轴5从半哑铃环形槽燃烧室1中取出；
步骤7：对可燃芯模组件4突出药柱3的部分进行打磨处理，完成药柱结构成型。

Claims (7)

1.一种固体火箭发动机半哑铃环形槽药柱成型模，其特征在于，该成型模包括半哑铃环形槽药柱燃烧室(1)、可燃芯模组件(4)和中心芯轴(5)；
所述的半哑铃环形槽药柱燃烧室(1)由燃烧室壳体(2)和药柱(3)构成；
所述的可燃芯模组件(4)为由芯模外壳(6)内部填充芯模支撑结构(7)而成的圆环状腔体结构，剖面图为半哑铃形；可燃芯模组件(4)的内孔连接在中心芯轴(5)上，实现二者的可靠组合，同时满足拆卸需求；
所述中心芯轴(5)为中空的圆柱结构，用于在药柱成型过程中将可燃芯模组件(4)固定在半哑铃环形槽药柱燃烧室(1)中，药柱固化后对中心芯轴进行拆卸；
所述药柱(3)填充在燃烧室壳体(2)中，并与可燃芯模组件(4)粘接，保证在发动机点火工作之前结构完整。
2.根据权利要1所述的一种固体火箭发动机半哑铃环形槽药柱成型模，其特征在于，所述的可燃芯模组件(4)采用硝化纤维素或醋酸纤维素。
3.根据权利要1或2所述的一种固体火箭发动机半哑铃环形槽药柱成型模，其特征在于，所述芯模支撑结构(7)为点阵或蜂窝结构，用于增加芯模外壳的强度；所述可燃芯模组件(4)通过连接螺栓(8)与中心芯轴(5)连接。
4.根据权利要1或2所述的一种固体火箭发动机半哑铃环形槽药柱成型模，其特征在于，所述半哑铃环形槽药柱燃烧室(1)中设有多个可燃芯模组件(4)，形成多个半哑铃环形槽。
5.根据权利要3所述的一种固体火箭发动机半哑铃环形槽药柱成型模，其特征在于，所述半哑铃环形槽药柱燃烧室(1)中设有多个可燃芯模组件(4)，形成多个半哑铃环形槽。
6.一种采用如权利要求1-5任一所述的固体火箭发动机半哑铃环形槽药柱成型模的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：按照半哑铃环形槽药柱内部形状匹配设计芯模外壳(6)，根据药柱内部的应力水平，确定芯模外壳(6)厚度；为了提高模具强度，避免在药浆浇注过程中破裂，芯模外壳(6)内部采用芯模支撑结构(7)进行加强；
步骤2：利用增材制造方法制备出步骤1中设计的可燃芯模组件(4)的整体结构，并在可燃芯模组件(4)表面涂抹粘接剂；
步骤3：按照药柱(3)内孔结构匹配加工中心芯轴(5)，中心芯轴(5)表面涂抹脱模剂；
步骤4：将可燃芯模组件(4)及中心芯轴(5)通过连接螺栓(8)进行组装，并一同安装于燃烧室壳体(2)内部；
步骤5：按照要求进行装药及固化；
步骤6：药柱(3)固化后，拆卸连接螺栓(8)，将中心芯轴(5)从半哑铃环形槽燃烧室(1)中取出；
步骤7：对可燃芯模组件(4)突出药柱(3)的部分进行打磨处理，完成药柱结构成型。
7.根据权利要求6所述的成型方法，其特征在于，所述步骤4中，若燃烧室壳体(2)开口较小，则将可燃芯模组件(4)设计为能够通过燃烧室壳体(2)开口的分瓣对接结构并打印，先将分瓣的可燃芯模组件通过燃烧室壳体的小开口放入燃烧室内部，然后在燃烧室内部进行组装。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU18092U1 (ru) * 2000-11-27 2001-05-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Пермский завод им. С.М. Кирова" Заряд твердого топлива ракетного двигателя
US20020062756A1 (en) * 2000-11-30 2002-05-30 Archer Harry L. Propellant grain configuration
CN110103378A (zh) * 2019-04-15 2019-08-09 中国科学院力学研究所 一种固液火箭发动机的嵌套式药柱成型系统及方法
CN110145411A (zh) * 2019-05-27 2019-08-20 上海新力动力设备研究所 一种带内腔隔板的固体火箭发动机内孔管型装药结构及方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU18092U1 (ru) * 2000-11-27 2001-05-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Пермский завод им. С.М. Кирова" Заряд твердого топлива ракетного двигателя
US20020062756A1 (en) * 2000-11-30 2002-05-30 Archer Harry L. Propellant grain configuration
CN110103378A (zh) * 2019-04-15 2019-08-09 中国科学院力学研究所 一种固液火箭发动机的嵌套式药柱成型系统及方法
CN110145411A (zh) * 2019-05-27 2019-08-20 上海新力动力设备研究所 一种带内腔隔板的固体火箭发动机内孔管型装药结构及方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MING LEI: "《A consitutive model of the solid propellants considering the interface strength and dewetting》", 《COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY》 *
赵汝岩: "《具有潜入式喷管的翼柱形药柱发动机火焰传播过程研究》", 《固体火箭技术》 *
顾志旭: "《应力释放罩对固体发动机药柱结构完整性的影响》", 《固体火箭技术》 *

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