一種復(fù)合推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)的制造方法
【專利摘要】一種復(fù)合推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)，藥柱的一端裝入并固定在該噴管連接段內(nèi)，藥柱的另一個(gè)端面與前封頭的內(nèi)端面相鄰，兩者之間有藥柱的膨脹間隙。初態(tài)燃燒室位于殼體內(nèi)，并使初態(tài)燃燒室中的前封頭的前端位于殼體的一個(gè)端面外；初態(tài)燃燒室中的噴管的一端位于殼體的另一個(gè)端面外。點(diǎn)火器的一端位于初態(tài)燃燒室中的前封頭內(nèi)，并與前封頭連接；點(diǎn)火器的另一端延伸至藥柱的中心孔內(nèi)。堵蓋粘接在所述噴管的擴(kuò)散段內(nèi)。襯套位于殼體內(nèi)，并套裝在初態(tài)燃燒室的外表面。本實(shí)用新型解決了復(fù)合推進(jìn)劑藥柱強(qiáng)度低、剛性差，在玻璃絲纏繞預(yù)緊力的作用下易發(fā)生彎曲變形，無(wú)法在藥柱外直接纏繞復(fù)合材料殼體的工藝難題，并且生產(chǎn)成本低，可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的批量生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】一種復(fù)合推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，具體是一種非金屬殼體復(fù)合推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002] 在火箭動(dòng)力裝置中，常規(guī)的復(fù)合推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)具有以下特征：
[0003] ⑴作為彈體結(jié)構(gòu)的一部分，用于構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)工作的壓力燃燒室，使推進(jìn)劑燃燒產(chǎn) 物的熱能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能。其中發(fā)動(dòng)機(jī)殼體可以采用金屬機(jī)械加工件或非金屬?gòu)?fù)合材料纏繞 件。
[0004] ⑵復(fù)合推進(jìn)劑由于能量高，目前廣泛使用在各種固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上，針對(duì)不同的 復(fù)合推進(jìn)劑裝藥設(shè)計(jì)，通過(guò)兩種裝藥方式實(shí)現(xiàn)：
[0005] -種為藥柱自由裝填方式，藥柱需澆注在絕熱套中，總裝時(shí)再將絕熱藥柱自由裝 填在殼體中，裝藥過(guò)程和結(jié)構(gòu)件制作過(guò)程可同時(shí)進(jìn)行，生產(chǎn)周期短，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。對(duì)于復(fù) 合推進(jìn)劑，由于藥柱本身強(qiáng)度低、延伸率高等特性，該裝藥形式多見于端面燃燒藥型，只能 提供小推力長(zhǎng)時(shí)間的內(nèi)彈道性能，主要用于續(xù)航發(fā)動(dòng)機(jī)，適合于金屬殼體發(fā)動(dòng)機(jī)。這種裝藥 工藝，復(fù)合推進(jìn)劑使用的比較少，在雙基推進(jìn)劑上使用得較為普遍。
[0006] 另一種采用貼壁澆注形式，要求發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)件先行加工，然后順序絕熱、裝藥，使 發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥與殼體粘接成為一個(gè)整體。由于制作的工藝要求，一般適合于中、大直徑產(chǎn)品的 生產(chǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)殼體可以是金屬件，也可以是復(fù)合材料纏繞件。該工藝整體生產(chǎn)周期長(zhǎng)，通過(guò) 不同的三維藥形設(shè)計(jì)可以滿足不同發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)彈道性能的需求，使用比較廣泛，常見于助推 發(fā)動(dòng)機(jī)，但不適用于小口徑的發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為解決小口徑發(fā)動(dòng)機(jī)能量低和復(fù)合推進(jìn)劑帶藥纏繞復(fù)合材料殼體的工藝難題，本 發(fā)明提出了一種復(fù)合推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0008] 本發(fā)明包括初態(tài)燃燒室、殼體、點(diǎn)火器和堵蓋。所述初態(tài)燃燒室包括前封頭、藥柱、 襯套和噴管。所述藥柱的一端裝入并固定在該噴管連接段內(nèi)，藥柱的另一個(gè)端面與前封頭 的內(nèi)端面相鄰，兩者之間有1?15mm的間隙，該間隙為藥柱的膨脹間隙。所述初態(tài)燃燒室 位于殼體內(nèi)，并使初態(tài)燃燒室中的前封頭的前端位于殼體的一個(gè)端面外；初態(tài)燃燒室中的 噴管的一端位于殼體的另一個(gè)端面外。點(diǎn)火器的一端位于初態(tài)燃燒室中的前封頭內(nèi)，并與 所述前封頭螺紋連接；點(diǎn)火器的另一端延伸至藥柱的中心孔內(nèi)。堵蓋粘接在所述噴管的擴(kuò) 散段內(nèi)。襯套位于殼體內(nèi)，并套裝在初態(tài)燃燒室的外表面。
[0009] 所述前封頭的最大外徑與配合的襯套的內(nèi)徑匹配，兩者間隙約0. 2?0. 5_ ;前封 頭的最小外徑段為螺紋段，用于和彈體結(jié)構(gòu)件對(duì)接。前封頭的內(nèi)表面為階梯狀，內(nèi)部螺紋直 徑、長(zhǎng)度與配合的點(diǎn)火器的外形尺寸相配合。在前封頭一端的端面中心有圓形凹槽。當(dāng)所 述前封頭與襯套、藥柱安裝配合后，該凹槽的空間形成了點(diǎn)火空間。
[0010] 所述襯套的壁厚為1. 5?3_，襯套內(nèi)徑與前封頭和噴管的大直徑端配合。 toon] 本發(fā)明中，藥柱靠近前封頭處一端為自由端，可隨環(huán)境溫度變化而進(jìn)行適應(yīng)性變 形，確保藥柱在全使用溫度范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)完整性。前封頭、藥柱、襯套、噴管構(gòu)成一個(gè)整體， 形成了初始狀態(tài)的燃燒室。襯套在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)中起到絕熱、密封和支撐作用，防止發(fā)動(dòng)機(jī)在 工作過(guò)程中出現(xiàn)燒穿、漏氣現(xiàn)象。并通過(guò)襯套提高了纏繞殼體的工藝性：利用前封頭外形 面和噴管擴(kuò)散段將初態(tài)燃燒室固定在纏繞機(jī)上，以此作為纏繞機(jī)的芯模，采用常規(guī)方法，用 高強(qiáng)度復(fù)合材料纖維進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的三維往復(fù)纏繞，一層一層直至達(dá)到預(yù)定厚度，然后 將纏繞體在50?60°C的保溫條件下固化2?4天，確保完全固化，最后對(duì)外形尺寸進(jìn)行機(jī) 械加工性成最終狀態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室。
[0012] 本發(fā)明通過(guò)在藥柱外裝配襯套的方法解決了復(fù)合推進(jìn)劑藥柱強(qiáng)度低、剛性差，在 玻璃絲纏繞預(yù)緊力的作用下易發(fā)生彎曲變形，無(wú)法在藥柱外直接纏繞復(fù)合材料殼體的工藝 難題，同時(shí)這種工藝方法使發(fā)動(dòng)機(jī)具備良好的密封絕熱作用，提高了殼體強(qiáng)度；采用這種 工藝的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)彈道適應(yīng)性廣泛，通過(guò)調(diào)整藥型可滿足不種用途的發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)彈道性能要 求；由于采用比強(qiáng)度高的復(fù)合材料殼體，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)總質(zhì)量，質(zhì)量比可提高至0. 63以上。 該成型方法由于零部件數(shù)量少，原材料價(jià)格低，因此簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，降低了人工和原材料 成本，適于批量生產(chǎn)；由于在自由裝填的工藝基礎(chǔ)上采用了高能量的復(fù)合推進(jìn)劑，發(fā)動(dòng)機(jī)可 實(shí)現(xiàn)大推力、高質(zhì)量比的設(shè)計(jì)思路，因此可為增雨防雹火箭、探空火箭等多種火箭產(chǎn)品提供 優(yōu)質(zhì)的飛行動(dòng)力裝置，以攜帶更大質(zhì)量的有效載荷或提供更高的射程，完成或?qū)崿F(xiàn)特定的 作業(yè)任務(wù)。
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0014] 1該成型方法使發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)彈道適應(yīng)性廣泛，可利用復(fù)合推進(jìn)劑實(shí)現(xiàn)自由裝填工藝， 滿足彈總體對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)彈道需求，同時(shí)由于使用了襯套結(jié)構(gòu)，使發(fā)動(dòng)機(jī)絕熱可靠、密封良 好。
[0015] 2由于復(fù)合推進(jìn)劑藥柱可在初態(tài)燃燒室內(nèi)隨環(huán)境溫度變化而進(jìn)行適應(yīng)性變形，因 此可確保發(fā)動(dòng)機(jī)在全使用溫度范圍內(nèi)的藥柱結(jié)構(gòu)完整性；
[0016] 3突破性的實(shí)現(xiàn)了復(fù)合推進(jìn)劑藥柱發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的帶藥纏繞成型工藝，通過(guò)實(shí)際操 作驗(yàn)證該工藝方法簡(jiǎn)單成熟，成本低，可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的批量生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 附圖1是前封頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 附圖2是噴管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 附圖3是藥柱結(jié)構(gòu)主視圖；
[0020] 附圖4是藥柱結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；
[0021] 附圖5是襯套結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 附圖6是初態(tài)燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 附圖7是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖中：1.前封頭；2.藥柱；3.襯套；4.噴管；5.殼體；6.點(diǎn)火器；7.堵蓋。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 本實(shí)施例是一種復(fù)合推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)，包括初態(tài)燃燒室、殼體5、點(diǎn)火器6和堵蓋7。 所述初態(tài)燃燒室位于殼體5內(nèi)，并使初態(tài)燃燒室中的前封頭1的前端位于殼體5的一個(gè)端 面外；初態(tài)燃燒室中的噴管4的一端位于殼體5的另一個(gè)端面外。點(diǎn)火器6的一端位于初 態(tài)燃燒室中的前封頭1內(nèi)，并與所述前封頭1螺紋連接；點(diǎn)火器6的另一端延伸至藥柱2的 中心孔內(nèi)。堵蓋7粘接在所述噴管4的擴(kuò)散段內(nèi)。
[0026] 所述初態(tài)燃燒室包括前封頭1、藥柱2、襯套3和噴管4。
[0027] 所述藥柱2的外圓周表面為階梯狀，一端的小直徑端的外徑與噴管4連接段的內(nèi) 徑相同，將藥柱2的小直徑端裝入噴管4連接段內(nèi)，通過(guò)螺紋連接。藥柱2的另一個(gè)端面與 前封頭1的內(nèi)端面相鄰，兩者之間有1?15mm的間隙，該間隙為藥柱的膨脹間隙。本實(shí)施 例中，所述的膨脹間隙為5mm。襯套3位于殼體1內(nèi)，并套裝在初態(tài)燃燒室的外表面
[0028] 前封頭1為中空回轉(zhuǎn)體。所述前封頭1的外圓周表面為階梯狀，該外圓周的最大 外徑與配合的襯套3的內(nèi)徑匹配，兩者間隙約0. 2?0. 5_ ;前封頭1的最小外徑段為螺紋 段，用于和彈體結(jié)構(gòu)件對(duì)接。前封頭1的內(nèi)表面為階梯狀，內(nèi)部螺紋直徑、長(zhǎng)度與配合的點(diǎn) 火器6的外形尺寸相配合。在前封頭1一端的端面中心有圓形凹槽。當(dāng)所述前封頭1與襯 套3、藥柱2安裝配合后，該凹槽的空間形成了點(diǎn)火空間。
[0029] 藥柱2為中空體。所述藥柱2的外徑小于襯套3的內(nèi)徑1mm左右，該藥柱2的一 端為階梯狀，形成了小直徑端，小直徑端上的螺紋用于和噴管4的內(nèi)螺紋連接，小直徑端的 長(zhǎng)度略小于噴管4等徑孔的長(zhǎng)度。藥柱2內(nèi)孔的孔徑大于點(diǎn)火器6的外徑6?20_。藥柱 內(nèi)部為中空形式，內(nèi)型面的形狀、尺寸可依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)指標(biāo)要求進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。
[0030] 襯套3亦為薄壁狀回轉(zhuǎn)體，采用高強(qiáng)度非金屬材料纖維一層層卷制而成。襯套3 的壁厚約1. 5?3_，襯套3內(nèi)徑與前封頭1和噴管4的大直徑端配合。
[0031] 噴管4為中空回轉(zhuǎn)體。噴管4的外圓周表面為階梯狀，其大端外徑與襯套3的內(nèi)徑 匹配，兩者間隙約0. 2?0. 5_，小端外徑用于和全彈尾翼內(nèi)孔匹配連接。噴管4大端外徑 一端的內(nèi)孔為螺紋孔，用于和藥柱2的螺紋連接。噴管內(nèi)的燃?xì)馔ǖ啦捎美郀枃姽苄问剑?由收斂段、喉部、擴(kuò)散段組成，各組成部分要求與外型面同軸，且須光滑過(guò)渡，構(gòu)成了發(fā)動(dòng)機(jī) 的燃?xì)馐湛s、膨脹通道，并由此產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)推力。
[0032] 組成初態(tài)燃燒室時(shí)，將前封頭1、藥柱2、襯套3、噴管4四個(gè)零件按照?qǐng)D7的狀態(tài)組 裝在一起。利用藥柱2和噴管4上的螺紋將兩者連接，然后在藥柱2外部套上襯套3,將襯 套3 -端的內(nèi)徑與噴管4的大直徑段貼合，另一端與前封頭1的大圓柱面貼合，在貼合處用 膠粘接，裝配時(shí)應(yīng)保證藥柱2的一端與前封頭1之間存在間隙，間隙約1?15_，膠完全固 化后形成初態(tài)燃燒室。制作時(shí)應(yīng)確保各部件同軸，連接緊固。初態(tài)燃燒室使前封頭1、藥柱 2、襯套3、噴管4形成一個(gè)整體，方便后期工藝過(guò)程的進(jìn)行。
[0033] 殼體5為薄壁狀回轉(zhuǎn)體，采用強(qiáng)度大于2000MPa高強(qiáng)玻璃纖維，通過(guò)常規(guī)的纏制方 法制作而成。殼體5的內(nèi)徑與初態(tài)燃燒室的外徑相同。
[0034] 點(diǎn)火器6是現(xiàn)有成熟技術(shù)，內(nèi)裝用于引燃推進(jìn)劑的點(diǎn)火藥。其螺紋須與前接頭1 的內(nèi)螺紋匹配。
[0035] 發(fā)動(dòng)機(jī)總成。利用螺紋將點(diǎn)火器6旋轉(zhuǎn)固定在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的前封頭1上，擰緊 力矩15N · m，堵蓋7用膠粘接在噴管4擴(kuò)散段上并固化，要求確保點(diǎn)火器與燃燒室、燃燒室 和堵蓋之間密封，由此構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)。
【權(quán)利要求】
1. 一種復(fù)合推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，包括初態(tài)燃燒室、殼體、點(diǎn)火器和堵蓋；所述 初態(tài)燃燒室包括前封頭、藥柱、襯套和噴管；所述藥柱的一端裝入并固定在該噴管連接段 內(nèi)，藥柱的另一個(gè)端面與前封頭的內(nèi)端面相鄰，兩者之間有1?15mm的間隙，該間隙為藥柱 的膨脹間隙；所述初態(tài)燃燒室位于殼體內(nèi)，并使初態(tài)燃燒室中的前封頭的前端位于殼體的 一個(gè)端面外；初態(tài)燃燒室中的噴管的一端位于殼體的另一個(gè)端面外；點(diǎn)火器的一端位于初 態(tài)燃燒室中的前封頭內(nèi)，并與所述前封頭螺紋連接；點(diǎn)火器的另一端延伸至藥柱的中心孔 內(nèi)；堵蓋粘接在所述噴管的擴(kuò)散段內(nèi)；襯套位于殼體內(nèi)，并套裝在初態(tài)燃燒室的外表面。
2. 如權(quán)利要求1所述一種復(fù)合推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，前封頭的最大外徑與配合 的襯套的內(nèi)徑匹配，兩者間隙約〇. 2?0. 5mm ;前封頭的最小外徑段為螺紋段，用于和彈體 結(jié)構(gòu)件對(duì)接；前封頭的內(nèi)表面為階梯狀，內(nèi)部螺紋直徑、長(zhǎng)度與配合的點(diǎn)火器的外形尺寸相 配合；在前封頭一端的端面中心有圓形凹槽；當(dāng)所述前封頭與襯套、藥柱安裝配合后，該凹 槽的空間形成了點(diǎn)火空間。
3. 如權(quán)利要求1所述一種復(fù)合推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，襯套的壁厚為1. 5?3mm， 襯套內(nèi)徑與前封頭和噴管的大直徑端配合。
【文檔編號(hào)】F02K9/08GK203847275SQ201420081195
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】郭常勝, 王金華, 劉宇輝, 李玲, 高新建, 華成, 常玉春, 常虹, 張曉航, 楊智強(qiáng), 高超峰, 王鵬, 張權(quán), 王文韜, 王曉霞, 姚夢(mèng)濤, 高波, 王旭升, 邵平, 王寧, 甘路 申請(qǐng)人:陜西中天火箭技術(shù)股份有限公司