文档介绍：2005年11月25日
固体推进剂
固体推进剂
专业: 飞行器动力工程
学时:48学时
主讲人:王革教授
单位:哈尔滨工程大学航天工程系
一、基本知识
固体推进剂的基本概念
固体推进剂的发展与火箭技术
固体推进剂的要求
固体推进剂的分类
双基推进剂的组分
复合固体推进剂的组分
无烟、少烟固体推进剂
固体火箭发动机的组成及工作过程
固体火箭发动机主要是由固体推进剂、燃烧室、喷管和点火装置四部分组成的。
固体发动机的整个工作过程则由固体推进剂装药的点火过程、燃烧过程及燃气在喷管内的流动过程构成。
固体推进剂在燃烧室内燃烧,,燃气通过喷管膨胀加速,,即推力,它是火箭导弹推进的动力。
固体推进剂是发动机工作的能源和工质源。
为了完成某飞行任务,发动机设计者必须根据总体部门提出的要求,如总冲量、发动机工作时间、尺寸限度、重量限度、贮存期限、贮存条件、运输条件、使用条件等,选择一种能量性能与燃烧速度范围能符合要求的固体推进剂及其装药的药型,然后根据使用条件和受载情况对所设计的装药进行结构完整性分析,以鉴定推进剂力学性能是否符合要求。设计的最后阶段通常要对所选固体推进剂的燃烧性能和力学性能作小量调整,或对发动机计作某些修改,以设计出满足要求、性能良好的同体火箭发动机。
固体发动机研制阶段,发动机试车过程中常会出现不正常的内弹道曲线,甚至出现爆炸事故。这些现象的原因分析常常涉及到固体推进剂力学性能、燃烧性能及装药质量等方面的问题。
无论火箭总体设计人员还是固体火箭发动机设计工作者必须对固体推进剂的性能,主要是能量、燃烧、力学及贮存等性能有所了解。
固体推进剂的重要性
固体推进剂的基本概念
***:古代四大发明之一。***过去泛指火炸药,现代***不包括炸药。
***根据用途分:发射药(用于身管武器,枪炮)和推进剂(用于喷气推进,如火箭、导弹推进)
定义:在适当的外界能量作用下,自身能进行迅速而有规律的燃烧,同时生成大量高温气体的物质。
武器对***的要求:1)自身含可燃元素和氧化元素,不需外界供氧;2)可迅速点燃;3)规律燃烧,放出大量的热和生成大量的气体;4)性能稳定
固体推进剂可定义为本身含有氧化剂和燃烧剂、能够通过有规律地燃烧释放出大量炽热气体、完成发射功的固态致密材料。
通常固体推进剂所进行的是快速的燃烧反应。但是,当激发反应的方式或反应进行的环境条件不同,固体推进剂还可以发生缓慢的分解反应和激烈的爆轰反应。
缓慢的分解反应在固体推进剂的加工、贮存和使用过程中都存在着,其速度取决于环境温度、湿度及杂质等。常温下分解反应速度慢,短期内难以觉察。升高温度可使反应速度加快。
用硬金属撞击固体推进剂,在足够的撞击能作用下,或者用猛炸药引爆等条件下,固体推进剂也会发生爆轰。
固体推进剂的基本概念
燃烧和爆轰的主要区别在于:
(1)能量传播的方式不同: 燃烧时反应区的能量是通过热传导和辐射的方式传人相邻未反应区而引起下一层反应的。爆轰的传播是以冲击波的强烈的高温、高压作用而进行的。
(2)传播速度不同: 燃烧传播速度通常约为每秒几毫米到几百毫米,爆轰反应传播速度一般高达每秒数千米.
(3)传播速度受外界条件的影响不同: 固体推进剂的燃烧速度与外界条件(温度、压强)有密切关系,如在大气中燃烧,燃速很慢;而在密闭容器中高压条件下燃烧时,燃速急剧地增大。爆轰过程由于其传播速度极快,,在固定的装药密度下爆轰速度是一个常数。
固体推进剂的基本概念
(4)反应产物的运动方向不同: 燃烧过程中反应区内燃烧产物运动方向与燃烧波阵面的传播方向相反,因而燃烧波阵面内的压强较低。温轰时,.
固体推进剂的三种化学变化形式在性质上虽然不同,;燃烧在一定条件下又可以转变为爆轰。这种相互区别又相互转化的关系具有十分重要的意义。
固体推进剂的基本概念
最早的固体推进剂是我国古代四大发明之一的黑***。黑***的配方:它是用15%的木炭作为燃烧剂,75%***钾作氧化剂。10%的硫磺既是燃烧别又将粘结木炭和***钾的作用。黑***能量低,强度差,不能制成较大的药柱。
1888年瑞典科学家诺贝尔以***增塑硝化纤维素制得了双基***,主要用于枪炮武器。
1935年苏联的科学家用添加燃烧稳定剂和催化剂的方法降低了双基***完全燃烧的临界压强,。但是双基推进剂笛要用棉纤维(或木纤维)和动物脂肪作为原料。