CN210289958U

CN210289958U - 一种压制型金属粒子发生剂药柱结构

Info

Publication number: CN210289958U
Application number: CN201920420435.XU
Authority: CN
Inventors: 朱雯娟; 王相宇; 邓康清; 余小波; 冯勇; 向进; 刘俊明; 杨育文
Original assignee: Hubei Institute of Aerospace Chemical Technology
Current assignee: Hubei Institute of Aerospace Chemical Technology
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2029-03-29

Abstract

本实用新型提供了一种压制型金属粒子发生剂药柱结构，属于发生剂药柱技术领域。所述药柱结构包括圆柱状金属粒子发生剂压块、环状的第一引燃药环和第二引燃药环，所述金属粒子发生剂压块一端设有沿中轴线对称的截面为T字型的凹槽，所述凹槽的大端靠近该端端面，所述第一引燃药环的内径大于所述凹槽小端的直径，所述第一引燃药环的外径小于所述凹槽大端的直径，设置在所述凹槽的台阶面上，所述第二引燃药环的外径小于所述凹槽小端的直径，设置在所述凹槽的底部。该药柱结构可迅速引燃金属粒子发生剂压块(在50ms内可靠)，发生器迅速建压，稳定快速的喷射出高温粒子，提高了点火的可靠性。

Description

一种压制型金属粒子发生剂药柱结构

技术领域

本实用新型涉及发生剂药柱技术领域，特别提供了种金属粒子发生剂药柱结构。

背景技术

在航天领域，大型运载火箭发射多采用液体发生器。液体发生器的燃料主要有醇类(甲醇、乙醇和异丙醇等)、肼类(肼、一甲基肼等)、烃类(煤油、甲烷、乙烷等)和氢类(液氢)等。在发射前，发射台附近将聚集一定浓度的可燃气体，积聚到一定程度将有发生爆炸的可能。一旦发生爆炸，对发射场的设备及设施造成损坏，带来很大的经济损失和社会影响。为消除可燃气体隐患，影像资料显示，美国的亚特兰蒂斯航天飞机、龙飞船在发射前采用高温粒子点燃可燃气体；欧洲空间局、日本采用长明火点燃可燃气体。

申请号为201621186015.2的实用新型专利公开了一种高温高速金属粒子发生装置，该金属粒子发生装置将富燃料发生剂药柱点燃后，产生高温金属粒子点燃可燃气体。该富燃料发生剂药柱还可采用申请号为201810216491.1的专利提供的压制型金属粒子发生剂药柱替换富燃料发生剂药柱，也同样可以达到产生高温金属粒子的效果。由于压制型金属粒子发生剂较难点火，这可能会导致压制型金属粒子发生剂还未完全点燃时，点火产生的高压气体就迅速排出了发生器燃烧室，在短时间内燃烧室就形成了低压甚至负压，可能造成发生器哑火，无法喷射出高温金属粒子。因此，需要设计一种能够快速点燃的压制型金属粒子发生剂药柱，使发生器能够迅速建压，快速喷射出金属粒子。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型实施例提供了一种压制型金属粒子发生剂药柱结构，该药柱结构可迅速引燃金属粒子发生剂压块(在50ms内可靠)，发生器迅速建压，稳定快速的喷射出高温粒子，提高了点火的可靠性。

本实用新型的技术解决方案是：

一种压制型金属粒子发生剂药柱结构，包括圆柱状金属粒子发生剂压块还包括环状的第一引燃药环和第二引燃药环，所述金属粒子发生剂压块一端设有沿中轴线对称且截面为的T字型的凹槽，所述凹槽的大端靠近该端端面，所述第一引燃药环的内径大于所述凹槽小端的直径，所述第一引燃药环的外径小于所述凹槽大端的直径，设置在所述凹槽的台阶面上，所述第二引燃药环的外径小于所述凹槽小端的直径，设置在所述凹槽的底部。

在一可选实施例中，所述凹槽大端的直径为所述金属粒子发生剂压块外径的60％～98％，大端深度为所述大端的直径的5％～15％，所述凹槽小端的直径为所述金属粒子发生剂压块外径的33％～50％，小端深度为所述小端的直径的55％～100％。

在一可选实施例中，所述第一引燃药环的高度为所述凹槽大端深度的100～200％，所述第一引燃药环的宽度为所述凹槽大端宽度的30～80％，所述第一引燃药环的外径为所述凹槽大端外径的80～98％。

在一可选实施例中，所述金属粒子发生剂压块外径为35～200mm。

在一可选实施例中，所述第二引燃药环的高度为所述凹槽小端深度的30～70％，所述第二引燃药环的宽度为所述凹槽小端宽度的15～40％，所述第二引燃药环的外径为所述凹槽小端外径的60～90％。

在一可选实施例中，所述第一引燃药环和第二引燃药环均通过胶黏剂粘贴在所述圆柱状金属粒子发生剂压块上。

在一可选实施例中，所述胶黏剂为AB胶、101胶或2104胶中的一种。

在一可选实施例中，还包括限燃层，所述限燃层包覆在所述金属粒子发生剂压块外部且露出设有所述T型凹槽一端的端面。

在一可选实施例中，所述限燃层的厚度为0.5～3mm。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

本实用新型实施例提供的药柱结构在点燃时，点火装置同时引燃第一引燃药环和第二引燃药环，第一引燃药环和第二引燃药环同时快速燃烧，产生大量的热，药柱中空结构适当增大了初始燃烧面积，采用环状结构的引燃药，既方便制造又增大了初始燃面，从而增加了单位时间内的燃气生成量，能够迅速产生大量的热，第一引燃药环和第二引燃药环与金属粒子发生剂压块内侧壁之间存在间隙形成燃气通道，使第一引燃药环和第二引燃药燃烧产生的大量燃气热量直接快速反馈到T字型凹槽上，迅速引燃金属粒子发生剂压块(在50ms内可靠，发生器迅速建压，稳定快速的喷射出高温粒子，提高了点火的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种压制型金属粒子发生剂药柱结构剖视图；

图2为本实用新型实施例提供的金属粒子发生剂压块剖视图；

图3为本实用新型实施例提供的第一引燃药环的剖视图；

图4为本实用新型实施例提供的第二引燃药环的剖视图。

其中：

1为金属粒子发生剂压块，2为第一引燃药环，3为第二引燃药环，4为限燃层；

具体实施方式

以下将结合附图及具体实施例对本实用新型的具体实施方式做进一步详细说明。

参见图1，本实用新型实施例提供了一种压制型金属粒子发生剂药柱结构，包括圆柱状金属粒子发生剂压块1、环状的第一引燃药环2和环状的第二引燃药环3，所述金属粒子发生剂压块1右端设有沿中轴线对称的截面为T字型的台阶柱状凹槽，所述凹槽的大端靠近右端端面，第一引燃药环2的内径大于所述凹槽小端的直径，第一引燃药环2的外径小于所述凹槽大端的直径，设置在所述凹槽的台阶面上，第二引燃药环3的外径小于所述凹槽小端的直径，设置在所述凹槽的底部。

本实用新型实施例提供的压制型金属粒子发生剂药柱结构中，金属粒子发生剂压块1、第一引燃药环2和第二引燃药环3均通过压制工艺成型，为稳定的固体构型，且所用药剂均为现有药剂配方；

本实用新型实施例提供的药柱结构在点燃时，点火装置同时引燃第一引燃药环和第二引燃药环，第一引燃药环和第二引燃药环同时快速燃烧，产生大量的热，药柱中空结构适当增大了初始燃烧面积，采用环状结构的引燃药，既方便制造又增大了初始燃面，从而增加了单位时间内的燃气生成量，能够迅速产生大量的热，第一引燃药环和第二引燃药环与金属粒子发生剂压块内侧壁之间存在间隙形成燃气通道，使第一引燃药环和第二引燃药燃烧产生的大量燃气热量直接快速反馈到凹槽上，迅速引燃金属粒子发生剂压块(在50ms内可靠，发生器迅速建压，稳定快速的喷射出高温粒子，提高了点火的可靠性。

具体地，如图2所示，所述凹槽大端的直径D1为金属粒子发生剂压块1外径D0的60％～98％，大端深度H1为所述大端的直径D1的5％～15％，所述凹槽小端的直径D2为金属粒子发生剂压块1外径D0的33％～50％，小端深度H2为所述小端的直径D2的55％～100％。当凹槽为该尺寸时，既能避免因燃面过小导致产生的粒子数量偏少，也避免因燃面过大造成燃烧室内的热流效应增加，形成火焰，大部分粒子在火焰状态完全燃烧，影响粒子流喷射形态。

具体地，如图3所示，第一引燃药环2的高度h1为所述凹槽大端深度H1的100％～200％，第一引燃药环2的宽度b₁为所述凹槽大端宽度B1的30％～80％，第一引燃药环2的外径d₁ ⁰为所述凹槽大端外径的80％～98％。在该范围内，引燃药环能够与凹槽形成一定的燃气通道，使热量能够快速作用在金属粒子发生剂压块1上，同时在高低温环境中，不会在引燃药环1与金属粒子发生剂压块1内侧壁之间产生接触应力，有利于保证药柱的结构完整性。

具体地，金属粒子发生剂压块1外径为35mm～200mm。在该结构尺寸下即方便制造，又能保证药柱在不同工况下的结构完整性。

具体地，如图4所示，第二引燃药环3的高度h2为所述凹槽小端深度的30～70％，第二引燃药环3的宽度b₂为所述凹槽小端宽度(即为小端直径)的15～40％，第二引燃药环3的外径为所述凹槽小端外径的60～90％。在该范围内，第二引燃药环3环能够与凹槽形成一定的燃气通道，使热量能够快速作用在金属粒子发生剂压块1上，同时在高低温环境中，不会在第二引燃药环3与金属粒子发生剂压块1内侧壁之间产生接触应力，有利于保证药柱的结构完整性。第一引燃药环2和第二引燃药环3均通过胶黏剂粘贴在所述圆柱状金属粒子发生剂压块上。通过粘贴设置第一引燃药环2和第二引燃药环3，使引燃药燃烧产生的热量迅速反馈到金属粒子发生剂压块1的初始燃面上，第一引燃药环2主要用于引燃凹槽大端燃面，第二引燃药环3主要用于凹槽小端，从而迅速引燃金属粒子发生剂压块1。

具体地，所述胶黏剂为AB胶、101胶或2104胶。通过胶黏剂可靠地将第一引燃药环2、第二引燃药环3粘接在圆柱状金属粒子发生剂压块上，使第一引燃药环2、第二引燃药环3在经受振动、冲击、高低温环境后不脱落。进一步地，如图1所示，所述的压制型金属粒子发生剂药柱结构，其特征在于，还包括限燃层，所述限燃层包覆在金属粒子发生剂压块1外部且露出设有所述T型凹槽一端的端面。具体地，本发明实施例中，限燃层可以通过在金属粒子发生剂压块1外涂覆浆料、固化得到限燃层，限燃层配方及方法为公知技术。通过设置限燃层限制所包覆面发生剂的燃烧，使发生剂燃面延药柱轴向推移。所述限燃层的厚度优选0.5～3mm。

以下为本实用新型的一个具体实施例：

图1中，本实用新型提供的一种压制型金属粒子发生剂药柱结构包括金属粒子发生剂压块1、第一引燃药环2、第二引燃药环3及限燃层4。

按图1金属粒子发生剂压块1结构设计压制模具，将压制型金属粒子发生剂原材料(粘结剂：F橡胶，1％；顺丁橡胶，1％；氧化剂：AP，20％；KP，40％；燃料：镁铝合金，5％；Al粉，15％；Ti粉，10％；钝感剂：聚乙烯蜡，2％；增塑剂：DOS，0.5％；燃温调节剂：OMA：4％；性能调节剂：Fe2O3，0.5％；GFP，1.0％)(由申请号为201810216491.1的专利提供，各组分均为质量百分含量)按比例称量并混合均匀后，在比压220MPa条件下，使用模具常温单向压制成型，得到的金属粒子发生剂压块1外径为68mm，T型槽大端直径为60mm、深度为6mm，小端直径为30mm、深度为25mm。

按图1第一引燃药环2设计压制模具，将引燃药原材料(NC：35％；NG：26％；AP：30％；Al粉：5％；催化剂等其他：4％，各组分均为质量百分含量)按比例称量并混合均匀后，在比压220MPa条件下，使用模具常温单向压制成型，得到的第一引燃药环外径为52mm、内径为40mm、高度为8mm。

按图1第二引燃药环3设计压制模具，将引燃药原材料(与第一引燃药相同)按比例称量并混合均匀后，在比压220MPa条件下，使用模具常温单向压制成型，得到的第二引燃药环外径为24mm、内径为10mm、高度为15mm。

将限燃层各组分原材料(石棉：58.0％；硝化纤维素：11％；PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)：11％；DPB：8.0％；B₂O₃：5.0％；Cr₂O₃：3.0％；中定剂：4.0％，各组分均为质量百分含量)按比例称量，制备得到限燃层浆料，通过喷涂成型工艺或手工涂刷工艺，将限燃层浆料均匀涂覆于金属粒子发生剂压块1表面，在常温下进行固化。待固化完成后得到厚度为0.7mm的限燃层，将制备好的引燃药环1(2)、引燃药环2(3)用AB胶胶粘剂分别粘接在靠近压制型金属粒子发生剂(1)端面的沟槽和远离压制型金属粒子发生剂(1)端面的沟槽表面上。

对本实用新型提供的药柱结构进行点火试验，发生器建压时间为17ms，35ms稳定喷射出高温金属粒子。

以上所述，仅为本实用新型一个具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

本实用新型未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims

1.一种压制型金属粒子发生剂药柱结构，包括圆柱状金属粒子发生剂压块，其特征在于，还包括环状的第一引燃药环和第二引燃药环，所述金属粒子发生剂压块一端设有沿中轴线对称且截面为T字型的凹槽，所述凹槽的大端靠近该端端面，所述第一引燃药环的内径大于所述凹槽小端的直径，所述第一引燃药环的外径小于所述凹槽大端的直径，设置在所述凹槽的台阶面上，所述第二引燃药环的外径小于所述凹槽小端的直径，设置在所述凹槽的底部。

2.根据权利要求1所述的压制型金属粒子发生剂药柱结构，其特征在于，所述凹槽大端的直径为所述金属粒子发生剂压块外径的60％～98％，大端深度为所述大端的直径的5％～15％，所述凹槽小端的直径为所述金属粒子发生剂压块外径的33％～50％，小端深度为所述小端的直径的55％～100％。

3.根据权利要求2所述的压制型金属粒子发生剂药柱结构，其特征在于，所述第一引燃药环的高度为所述凹槽大端深度的100～200％，所述第一引燃药环的宽度为所述凹槽大端宽度的30～80％，所述第一引燃药环的外径为所述凹槽大端外径的80～98％。

4.根据权利要求3所述的压制型金属粒子发生剂药柱结构，其特征在于，所述金属粒子发生剂压块外径为35～200mm。

5.根据权利要求2～4任一项所述的压制型金属粒子发生剂药柱结构，其特征在于，所述第二引燃药环的高度为所述凹槽小端深度的30～70％，所述第二引燃药环的宽度为所述凹槽小端宽度的15～40％，所述第二引燃药环的外径为所述凹槽小端外径的60～90％。

6.根据权利要求1～4任一项所述的压制型金属粒子发生剂药柱结构，其特征在于，所述第一引燃药环和第二引燃药环均通过胶黏剂粘贴在所述圆柱状金属粒子发生剂压块上。

7.根据权利要求6所述的压制型金属粒子发生剂药柱结构，其特征在于，所述胶黏剂为AB胶、101胶或2104胶中的一种。

8.根据权利要求1所述的压制型金属粒子发生剂药柱结构，其特征在于，还包括限燃层，所述限燃层包覆在所述金属粒子发生剂压块外部且露出设有所述T型凹槽一端的端面。

9.根据权利要求8所述的压制型金属粒子发生剂药柱结构，其特征在于，所述限燃层的厚度为0.5～3mm。