CN217538870U - 一种具有多级推力调节能力的端面燃烧药柱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有多级推力调节能力的端面燃烧药柱，端面燃烧药柱由单一推进剂连续浇注而成，包括推进剂药柱和丝状结构；推进剂药柱为圆柱型结构；丝状结构包括嵌设于推进剂药柱轴心且依次串联的多段金属丝，金属丝的热导率大于所述推进剂药柱的热导率。该端面燃烧药柱连续浇注，具有更高的可靠性；而且在药柱不同的轴段处具有不同的更大燃速，具有多级大推力调节的作用，解决了中能固体发动机推力单一以及推力较小的问题。

Description

一种具有多级推力调节能力的端面燃烧药柱

技术领域

本实用新型属于固体火箭发动机技术领域，具体涉及一种具有多级推力调节能力的端面燃烧药柱。

背景技术

多数导弹采用固体火箭发动机作为其动力装置，而药柱又是固体火箭中具有特定几何形状和尺寸的固体推进剂，它是发动机的能源和工质源。按药柱燃面位置可以分为端面燃烧(一维)、侧面燃烧(二维)和端、侧面同时燃烧(三维)药柱。

其中，端面燃烧药柱具有药形简单、装填分数高、无侵蚀燃烧、药柱强度好及工作时间可以比较长的优点，但是由于这种药柱的燃面小，在导弹需要大推力、多推力时往往能力不足，使其应用范围受到限制。为了提高这种药柱的推力，一种方法是将若干个单独生产的具有不同推进剂的端燃药柱粘接为一个整体药柱，但是不同的药柱之间存在界面，对发动机工作可靠性有一定影响。另一种简单可行的方法是在推进剂中单一的加入金属丝，利用金属丝导热性能高的特点(其导热系数为推进剂的300～500倍)，提高金属丝附近推进剂的温度，从而极大地提高该处的燃速，造成新的燃面变化规律，燃烧面积增大，推力得到提高。

加入金属丝的方式有两种：一是通常采用的加轴向排列的单一长金属丝，由于利用的是炽热的金属丝来增加向推进剂的传热以提高燃速，所以只有垂直于燃面方向的金属丝才起作用，工程实践中仅能实现一级(单推力)推力调节，且药柱往往需要多级串联连续浇注；二是随机地加入短金属丝纤维，优点是可以用于任何药型，但由于纤维方向任意排列，所以燃速提高小于定向排列的长金属丝。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种具有多级推力调节能力的端面燃烧药柱，该端面燃烧药柱可一次性浇注成型，而且具有多级推力调节能力。

实现本实用新型的技术方案如下：

一种具有多级推力调节能力的端面燃烧药柱，所述端面燃烧药柱由单一推进剂连续浇注而成，包括推进剂药柱和丝状结构；

所述推进剂药柱为圆柱型结构；

所述丝状结构包括嵌设于所述推进剂药柱轴心且依次串联的多段金属丝，所述金属丝的热导率大于所述推进剂药柱的热导率。

进一步地，相邻段金属丝的直径不同，所述金属丝的直径为0.05mm～0.6mm。

进一步地，相邻段金属丝采用不同或相同金属材料制成。

进一步地，所述金属材料为银、铜、钨、钢或铝。

进一步地，所述相邻段金属丝采用不同金属材料时，从燃烧起始段至燃烧结尾段依次为银丝、钨丝、银丝、铜丝以及钢丝。

进一步地，所述相邻段金属丝采用相同金属材料制成时，所述金属材料为银丝；

所述银丝的燃烧起始段的直径为0.15mm，中间段的直径为0.2mm，燃烧结尾段的直径为0.05mm。

进一步地，各段金属丝的直径相同且直径为0.05mm～0.6mm。

进一步地，相邻段金属丝采用不同金属材料制成。

进一步地，所述金属材料为银、铜、钨、钢和铝中的至少一种。

进一步地，所述金属丝从燃烧起始段至燃烧结尾段各段依次为银丝、钨丝、银丝、铜丝以及钢丝，并且直径均为0.15mm。

有益效果

1、本实用新型中的端面燃烧药柱连续浇注，避免了传统的将若干个单独生产的端面燃烧药柱粘接为一个整体药柱时，不同的推进剂或药柱之间存在界面，影响发动机工作可靠性的问题；在该连续浇注的端面燃烧药柱的轴心嵌设热导率大于推进剂药柱热导率且依次串联的多段金属丝，与不添加金属丝的端面燃烧药柱相比，使本实用新型的端面燃烧药柱在不同的轴段处具有不同的燃速，从而使该由单一推进剂浇注的药柱具有多级大推力调节的作用，解决了中能固体发动机推力单一以及推力较小的问题。

2、本实用新型端面燃烧药柱中嵌设的多段串联金属丝为相同金属材料但不同直径时，金属丝的直径范围为0.05mm～0.6mm，在这个大范围内能方便灵活地根据端面燃烧药柱需要的推力选择合适直径的金属丝以满足飞行弹道要求，扩展了装配该药柱的发动机的应用领域。

3、本实用新型端面燃烧药柱中嵌设的多段串联金属丝为不同金属材料时，可以选择银、铜、钨、钢或铝等金属材料，此时金属丝的直径可以相同或者不同，这进一步极大地扩宽了金属丝的选取范围以及装配该药柱的发动机的应用领域。

附图说明

图1为本实用新型端面燃烧药柱在药柱轴心嵌设金属丝的结构示意图。

图2为图1中的药柱燃速增长倍数与时间的关系图(其中纵坐标为燃速增长倍数，横坐标为时间(单位为秒))。

1-银丝，2-钨丝，3-银丝，4-铜丝，5-钢丝。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

端面燃烧药柱具有药形简单、装填分数高、无侵蚀燃烧、药柱强度好及工作时间可以比较长的优点。但是由于这种药柱的燃面小，因而推力也小，使用受到限制。为了提高这种药柱的推力。一种简单可行的方法是在推进剂中加入金属丝，利用金属丝导热性能高的特点(其导热系数为推进剂的300～500倍)，提高金属丝附近推进剂的温度，从而极大地提高该处的燃速，造成新的燃面变化规律，燃烧面积增大，推力得到提高。

使用不同材料的金属丝，可以得到不同的燃速，而且由于金属丝直径与燃气通过金属丝向推进剂的传热有密切关系，所以金属丝的直径对燃速也有较大的影响。表1中给出了某复合推进剂中嵌入不同的金属丝所得到的燃速值(推进剂的基本燃速为12.7mm/s)：

表1某复合推进剂中嵌入不同金属丝与燃速值的对应关系从表1可以看出金属丝的导热系数对燃速有重要影响。另外，如表2所示：

表2某复合推进剂中嵌入不同直径金属丝与燃速值的对应关系

可以看出，在一定范围内，药柱的燃速随金属丝直径增加而增加，到一定值后，直径再增加，燃速反而下降。故在实际工程中故需要根据需求合理设置金属丝的材料与直径。

本实用新型实施例提供了一种具有多级推力调节能力的端面燃烧药柱，其基本思想是：在连续浇注的且由单一推进剂组成的端面燃烧药柱的轴心嵌设热导率大于推进剂热导率的金属丝，以使端面燃烧药柱具有更高的多段燃速，从而使装配该端面燃烧药柱的固体发动机具有更广的应用范围。

在本实施例中，一种具有多级推力调节能力的端面燃烧药柱，如图1所示，包括推进剂药柱和丝状结构，其中推进剂药柱为圆柱型结构，丝状结构包括嵌设于推进剂药柱轴心且依次通过打结串联的多段金属丝，金属丝的热导率大于推进剂药柱的热导率。该金属丝多段连续串联，使药柱可以使用单一推进剂一次性连续浇注。

该端面燃烧药柱连续浇注，避免了传统的将若干个单独生产的端面燃烧药柱粘接为一个整体药柱时，不同的推进剂或药柱之间存在界面，影响发动机工作可靠性的问题；在该连续浇注的端面燃烧药柱的轴心嵌设热导率大于推进剂药柱热导率且依次串联的多段金属丝，可以使金属丝的热量传导得更加均匀，使端面燃烧药柱在不同的轴段处具有不同的更大燃速(与不添加金属丝相比)，从而使该由单一推进剂浇注的药柱具有多级大推力调节的作用，解决了中能固体发动机推力单一以及推力较小的问题。

具体地，上述串联的多段金属丝中相邻段金属丝的直径范围可以是0.05mm～0.6mm，且相邻段金属丝可以采用不同或相同金属材料制成。多段串联金属丝为相同金属材料但不同直径时，在这个大范围内能方便灵活地根据端面燃烧药柱需要的推力选择合适直径的金属丝以满足飞行弹道要求，扩展了装配该药柱的发动机的应用领域。多段串联金属丝为不同金属材料时，但相同直径时，金属材料可以为银、铜、钨、钢或铝等，由于不同金属材料的热导率不同，故在不同金属材料的前提下，金属丝的直径可以相同也可以不同，这进一步极大地扩宽了金属丝的选取范围以及装配该药柱的发动机的应用领域。

在本实施例中，相邻段金属丝采用不同金属材料时，选择了相同直径，可以实现该端面燃烧药柱相邻轴段处具有不同的且大于推进剂本身的燃速，参照图1，从燃烧起始段至燃烧结尾段(从左至右)依次为银丝1、钨丝2、银丝3、铜丝4以及钢丝5，并且直径均为0.15mm。此时，该端面燃烧药柱的燃速增长倍数与时间的关系如图2所示(其中纵坐标为燃速增长倍数，横坐标为时间(单位为秒))。

在本实施例中，相邻段金属丝采用相同金属材料制成时，金属材料选择了银、铜、钨、钢或铝中的银材料，且银丝的燃烧起始段的直径为0.15mm，中间段的直径为0.2mm，燃烧结尾段的直径为0.05mm。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有多级推力调节能力的端面燃烧药柱，其特征在于，所述端面燃烧药柱由单一推进剂连续浇注而成，包括推进剂药柱和丝状结构；

所述推进剂药柱为圆柱型结构；

所述丝状结构包括嵌设于所述推进剂药柱轴心且依次串联的多段金属丝，所述金属丝的热导率大于所述推进剂药柱的热导率。

2.根据权利要求1所述的端面燃烧药柱，其特征在于，相邻段金属丝的直径不同，所述金属丝的直径为0.05mm～0.6mm。

3.根据权利要求2所述的端面燃烧药柱，其特征在于，相邻段金属丝采用不同或相同金属材料制成。

4.根据权利要求3所述的端面燃烧药柱，其特征在于，所述金属材料为银、铜、钨、钢或铝。

5.根据权利要求3所述的端面燃烧药柱，其特征在于，所述相邻段金属丝采用不同金属材料时，从燃烧起始段至燃烧结尾段依次为银丝、钨丝、银丝、铜丝以及钢丝。

6.根据权利要求3所述的端面燃烧药柱，其特征在于，所述相邻段金属丝采用相同金属材料制成时，所述金属材料为银丝；

所述银丝的燃烧起始段的直径为0.15mm，中间段的直径为0.2mm，燃烧结尾段的直径为0.05mm。

7.根据权利要求1所述的端面燃烧药柱，其特征在于，各段金属丝的直径相同且直径为0.05mm～0.6mm。

8.根据权利要求7所述的端面燃烧药柱，其特征在于，相邻段金属丝采用不同金属材料制成。

9.根据权利要求8所述的端面燃烧药柱，其特征在于，所述金属材料为银、铜、钨、钢和铝中的至少一种。

10.根据权利要求8所述的端面燃烧药柱，其特征在于，所述金属丝从燃烧起始段至燃烧结尾段各段依次为银丝、钨丝、银丝、铜丝以及钢丝，并且直径均为0.15mm。

Images