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弹箭与蹦导学报
印一星孔装药结构特征数的理论计算方法
周长省曹海金一
。
南京理工大学南京市晋西机械厂太原市//
南京理工大晋醐
搐要经过理论推导,给出了计算火箭发动机常用的星孔药柱的质量、极转动惯量、赤道
转动惯量等结搀特征量的解析式,为中远程火箭的总体设计和弹道分析提供了精确计算绪构特征
数的理论方法。
叙词火箭弹火箭发动机星孔药柱装药结构计算方法
, —一——————一一
一———一
弓言
在火箭总体结构设计,弹道参量计算和密集度分析中,需要已知全弹的质量,质心位
置、赤道转动惯量和极转动惯量等结构特征数。计算全弹结构特征数时,一般先求出各个零
件的结构特征数, 再求全弹结构特征数。在计算零件的结构特征数时, 对于旋成体如圆柱
体、截锥体等和平板体可以利用精确的计算公式求得。而对于结构形状比较复杂的零件
如引信、挡药板,星孔药柱等, 以前的京法是根据质量和外形体积, 求出假密度后, 将
其看作均质零件, 再求质心和转动惯量对于质量较小的零件, 如引信、挡药板, 采用这种
方法不会对全弹结构特征数产生太大的影响。但对于占全弹质量比例较大的固体推进剂药
柱, 如果再使用假密度方法, 将会使全弹的结构特征数主要是转动惯量计算精度较差,
从而造成弹道参量计算和密集度分析的不准确。
对于中远程火箭,采用较多的装药是星孔药柱在单室双推力火箭发动机中也常采用星
孔加单孔管状药柱。关于单孔管状药柱的结构特征数计算, 已有精确的计算公式, 本文只讨
论星孔装药的结构特征数计算方法。
星孔装药的基本参数及内孔截面积计算公式
星孔装药的截面形状和几何参数见图。
图中各参数的意义如下:
——星孔的星角数目——星角过渡圆弧半径
。——角分数——装药总肉厚
——星孔半角, , ——某瞬时已烧去的装药肉厚
——特征长度, ——药柱外径,
/——星根半角。
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第期星孔装药结鸨特征数的理睑计算方法周长省等· ·

星孔装药截面示意田
由于内孔星形装药的外裘面及端面都有包覆层, 燃烧过程中外径及长度不发生变化, 为
丁计算任意时刻的结构特征数, 只需分析内孔表面曲线的变化规律。
整个药柱的燃烧过程分为两个阶段, 星角消失前为第一阶段,星角消失后为第二阶段。
星角消失的条件是烧去的装药肉厚满足公式;
口卢// 一
假定药柱的密度均匀, 而且沿纵向截面形状和尺寸保持不变, 在任意时刻药柱的质量
为;
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式币——药柱密度; ——任意时刻的内孔横截面积, —一药柱长度
出参考资料可知, 在第一和第二阶段, 内孔横截面积, 分别为
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在式得初始星孔横截面积一。, 然后代入式中, 可得药柱未燃
烧时的质量. .
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:· 弹莆与糊导学报掘
在仕霜时刻, 药柱的质心位置为
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: 星孔药柱的极转动惯量计算公式推导
由转动惯量的定义可知, 星孔药柱关于纵轴的极转动惯量为
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七中为外圆柱面所形成的体积,为星孔体积。
直径为