固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)（使用固體推進(jìn)劑作為燃料的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)）

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)（使用固體推進(jìn)劑作為燃料的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)）

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī) （使用固體推進(jìn)劑作為燃料的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)） 次瀏覽 | 2022.08.18 19:48:15 更新 來(lái)源 ：互聯(lián)網(wǎng) 精選百科 本文由作者推薦 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)使用固體推進(jìn)劑作為燃料的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)（Solid propellant rocket engine）使用固體推進(jìn)劑的化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。又稱固體推進(jìn)劑火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。固體推進(jìn)劑點(diǎn)燃后在燃燒室中燃燒，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，生產(chǎn)高溫高壓的燃燒產(chǎn)物。燃燒產(chǎn)物流經(jīng)噴管，在其中膨脹加速，熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，以高速?gòu)膰姽芘懦龆a(chǎn)生推力。固體推進(jìn)劑有聚氨酯、聚丁二烯、端羥基聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等。

中文名

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

英文名

Solid propellant rocket engine

屬于

化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

承受溫度

2500～4000度

簡(jiǎn)介

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)由藥柱、燃燒室、噴管組件和點(diǎn)火裝置等組成。藥柱是由推進(jìn)劑與少量添加劑制成的中空?qǐng)A柱體（中空部分為燃燒面，其橫截面形狀有圓形、星形等）。藥柱置于燃燒室（一般即為發(fā)動(dòng)機(jī)殼體）中。在推進(jìn)劑燃燒時(shí)，燃燒室須承受2500～3500度的高溫和102～2×107帕的高壓力，所以須用高強(qiáng)度合金鋼、鈦合金或復(fù)合材料制造，并在藥柱與燃燒內(nèi)壁間裝備隔熱襯。

點(diǎn)火裝置用于點(diǎn)燃藥柱，通常由電發(fā)火管和火藥盒（裝黑火藥或煙火劑）組成。通電后由電熱絲點(diǎn)燃黑火藥，再由黑火藥點(diǎn)火燃藥柱。

噴管除使燃?xì)馀蛎浖铀佼a(chǎn)生推力外，為了控制推力方向，常與推力向量控制系統(tǒng)組成噴管組件。該系統(tǒng)能改變?nèi)細(xì)鈬娚浣嵌龋瑥亩鴮?shí)現(xiàn)推力方向的改變。

藥柱燃燒完畢，發(fā)動(dòng)機(jī)便停止工作。

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)與液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)相比較，工作時(shí)間短，加速度大導(dǎo)致推力不易控制，重復(fù)起動(dòng)困難，從而不利于載人飛行。

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)主要用作火箭彈、導(dǎo)彈和探空火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)，以及航天器發(fā)射和飛機(jī)起飛的助推發(fā)動(dòng)機(jī)。

組成

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)主要由殼體、固體推進(jìn)劑、噴管組件、點(diǎn)火裝置等四部分組成，其中固體推進(jìn)劑配方及成型工藝、噴管設(shè)計(jì)及采用材料與制造工藝、殼體材料及制造工藝是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，直接影響固體發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

固體推進(jìn)劑配方各種組分的混合物可以用壓伸成型工藝預(yù)制成藥柱再裝填到殼體內(nèi)，也可以直接在殼體內(nèi)進(jìn)行貼壁澆鑄。殼體直接用作燃燒室。噴管用于超音速排出燃?xì)猓a(chǎn)生推力；噴管組件還要有推力矢量控制（TVC）系統(tǒng)來(lái)控制導(dǎo)彈的飛行姿勢(shì)。點(diǎn)火裝置在點(diǎn)火指令控制下解除安全保險(xiǎn)并點(diǎn)燃發(fā)火藥產(chǎn)生高溫高壓火焰用于點(diǎn)燃?xì)んw內(nèi)的推進(jìn)劑。

原理

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)屬于化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，用固態(tài)物質(zhì)（能源和工質(zhì)）作為推進(jìn)劑。固體推進(jìn)劑點(diǎn)燃后在燃燒室中燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)猓窗鸦瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能；燃?xì)饨?jīng)噴管膨脹加速，熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，以極高的速度從噴管排出從而產(chǎn)生推力推動(dòng)導(dǎo)彈向前飛行。

固體推進(jìn)劑

固體推進(jìn)劑是由氧化劑、燃料（可燃劑）和其他添加劑組成的固態(tài)混合物，按配方組分性質(zhì)可分為單基推進(jìn)劑、雙基推進(jìn)劑、復(fù)合推進(jìn)劑、改性雙基推進(jìn)劑等；按質(zhì)地的均勻性分為均質(zhì)推進(jìn)劑（如單基、雙基推進(jìn)劑）和異質(zhì)推進(jìn)劑（如復(fù)合推進(jìn)劑和改性雙基推進(jìn)劑）；按能量水平分為高能、中能、低能推進(jìn)劑，比沖大于2450牛·秒/千克（即250秒）為高能，2255牛·秒/千克（即230秒）到2450牛·秒/千克為中能，小于2255牛·秒/千克為低能；按特征信號(hào)分為有煙、微煙、無(wú)煙推進(jìn)劑。

固體推進(jìn)劑分類單基推進(jìn)劑Simple?Ba?propellant由單一化合物（如硝化纖維素，即硝化棉，簡(jiǎn)稱NC）組成，它的分子結(jié)構(gòu)中包含可燃劑和氧化劑，溶于揮發(fā)性溶劑中，經(jīng)過(guò)膨潤(rùn)、塑化、壓伸成型，除去溶劑即可。單基推進(jìn)劑由于能量水平太低，現(xiàn)代固體發(fā)動(dòng)機(jī)不再使用。

雙基推進(jìn)劑

Double?Ba?Propellant理論比沖為170～220秒（1660~2150牛·秒/千克），密度1.55~1.65克/立方厘米。危險(xiǎn)等級(jí)1.3級(jí)。雙基推進(jìn)劑主要由硝化纖維素、硝化甘油（NG）和一些添加劑組成，兩種主要成分的分子結(jié)構(gòu)中都含有可燃劑和氧化劑。

硝化纖維部分溶于硝化甘油，加入揮發(fā)性或不揮發(fā)溶劑及其它添加劑，經(jīng)溶解塑化，成為均相物體，使用壓伸成型（或稱擠壓成型）工藝即可制成不同形狀藥柱。雙基推進(jìn)劑的優(yōu)點(diǎn)是藥柱質(zhì)地均勻，結(jié)構(gòu)均勻，再現(xiàn)性好；良好的燃燒性能，燃燒速度壓力很小；工藝性能好；具有低特征信號(hào)，排氣少煙或無(wú)煙；常溫下有較好的安定性、力學(xué)性能和抗老化性能；原料來(lái)源廣泛，經(jīng)濟(jì)性好。缺點(diǎn)是能量水平和密度偏低，高、低溫下力學(xué)性能變差。雙基推進(jìn)劑主要用于小型固體燃?xì)獍l(fā)生器。

復(fù)合推進(jìn)劑

Composite?Propellant理論比沖為225～265秒（2200~2600牛·秒/千克），密度1.65~1.80克/立方厘米。危險(xiǎn)等級(jí)1.3級(jí)。復(fù)合推進(jìn)劑使用單獨(dú)的可燃劑和氧化劑材料，以液態(tài)高分子聚合物粘合劑作為燃料，添加結(jié)晶狀的氧化劑固體填料和其它添加劑，融合凝固成多相物體。

為提高能量和密度還可加入一些粉末狀輕金屬材料作為可燃劑，如鋁粉（Al）。復(fù)合推進(jìn)劑通常以粘合劑的化學(xué)名稱來(lái)命名。氧化劑通常占推進(jìn)劑總重量的60~90%，許多無(wú)機(jī)化學(xué)品可作為氧化劑，如高氯酸鹽類（高氯酸鉀、高氯酸胺、高氯酸鋰），硝酸酯類（硝酸胺、硝酸鉀、，硝酸鈉），現(xiàn)在使用最多的是含氧量較高的高氯酸胺（AP，又稱過(guò)氯酸胺）。高分子聚合物既用作可燃劑又作為粘合劑，常用的有聚硫橡膠、聚氨酯（PU）、聚丁二烯-丙烯腈（PBAN）、端羧基聚丁二烯(CTPB)、端羥基聚丁二烯（HTPB）、端羥基聚醚(HTPE)、聚氯乙烯等類。

其他添加劑一般有：調(diào)節(jié)燃燒速度的燃速調(diào)節(jié)劑；改善燃燒性能的燃燒穩(wěn)定劑；比用基本的粘合劑更好地改善力學(xué)性能的增塑劑；降低機(jī)械感度的安定劑；改善儲(chǔ)存性能的防老化劑；改善工藝性能的稀釋劑、潤(rùn)濕劑、固化劑和固化催化劑等類。除具有熱塑性的聚乙烯類推進(jìn)劑可使用壓伸成型工藝外，一般都使用澆鑄法制造，工藝簡(jiǎn)單，適宜于制造各種尺寸的藥柱。

復(fù)合推進(jìn)劑綜合性能良好，使用溫度范圍較寬，能量較高，力學(xué)性能較好，廣泛用于各種類型的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是大型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。1942年美國(guó)研制出了瀝青高氯酸鉀復(fù)合推進(jìn)劑，40年代末出現(xiàn)了第一代復(fù)合推進(jìn)劑聚硫橡膠推進(jìn)劑，現(xiàn)在常用的有PBAN和HTPB推進(jìn)劑。

民兵3和航天飛機(jī)固體助推器采用PBAN推進(jìn)劑，“和平衛(wèi)士”MX的一、二級(jí)使用HTPB推進(jìn)劑，法國(guó)的M4使用CTPB推進(jìn)劑，我國(guó)的巨浪-1也使用了CTPB復(fù)合推進(jìn)劑。改性雙基推進(jìn)劑包括復(fù)合改性雙基推進(jìn)劑（CMDB）和交聯(lián)改性雙基推進(jìn)劑（簡(jiǎn)稱XLDB）兩類。理論比沖為260～270秒（2550~2646牛·秒/千克），密度1.75~1.80克/立方厘米。危險(xiǎn)等級(jí)1.1級(jí)。在雙基推進(jìn)劑的基礎(chǔ)上大幅降低基本組分硝化纖維素和硝化甘油的比例，加入高能量固體組分，包括氧化劑（高氯酸胺AP，高能炸藥黑索金[RDX]或奧克托金[HMX]等）和可燃劑（鋁粉等）。

硝化纖維素（含氮量12%左右）被硝化甘油塑化作為粘合劑，或是硝化纖維素和硝化甘油雙基母體作粘合劑，硝化甘油還作為增塑劑，再加入一些添加劑，混合后使用壓伸成型或澆鑄成型工藝制成藥柱，這就是復(fù)合改性雙基推進(jìn)劑（CMDB）。

在CMDB配方基礎(chǔ)上加入高分子化合物作為交聯(lián)劑，它內(nèi)含的活性基團(tuán)與硝化纖維素上殘留(未酯化)的羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成預(yù)聚物，預(yù)聚物的大分子主鏈間生成化學(xué)鍵，交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，預(yù)聚物作為粘合劑可以大幅改善推進(jìn)劑的力學(xué)性能，這類推進(jìn)劑就被稱為交聯(lián)改性雙基推進(jìn)劑（XLDB）。

主要交聯(lián)劑有異氰酸酯（如六亞甲基二異氰酸酯HDI、甲苯二異氰酸酯TDI）、聚酯（如聚乙交酯PGA）、聚氨酯（如聚乙二醇PEG）、端羥基聚丁二烯、丙烯酸酯等。改性雙基推進(jìn)劑的能量水平高于復(fù)合推進(jìn)劑，廣泛用于各種戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈。美國(guó)的“三叉戟C4”潛射戰(zhàn)略導(dǎo)彈的所有三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)都使用了XLDB推進(jìn)劑，稱為XLDB-70，它的配方中固體填料達(dá)到70%（其中43%HMX/8%AP/19%Al），理論比沖2646牛·秒/千克。

我國(guó)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展

啟航：闖出固體動(dòng)力一番天地

1966年6月6日，按照“調(diào)整一線，建設(shè)三線”重大決策，七機(jī)部批準(zhǔn)四院7416工程代號(hào)，組建藍(lán)田基地十六號(hào)工程籌建處，7416廠由此正式誕生。7416廠創(chuàng)業(yè)者們，開(kāi)始了固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)自主創(chuàng)新發(fā)展之路。

從1966年第一批選點(diǎn)隊(duì)員來(lái)組建“063工程”第二籌建處，到1974年5月小型發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥線的建成，7416廠歷經(jīng)8年時(shí)間的建設(shè)，使新中國(guó)第一座規(guī)模最大的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥總裝廠，在群山掩映下，巍然矗立起來(lái)。

隨后，關(guān)于7416廠建設(shè)好消息紛至沓來(lái)：1984年春，7416廠建廠以來(lái)首次承擔(dān)的國(guó)家重點(diǎn)型號(hào)任務(wù)遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，成功將我國(guó)東方紅二號(hào)通信衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。作為承擔(dān)衛(wèi)星遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)研制生產(chǎn)單位，7416廠榮獲陜西省科學(xué)大會(huì)成果獎(jiǎng)，該發(fā)動(dòng)機(jī)獲得國(guó)家質(zhì)量金獎(jiǎng)殊榮。

在歷次閱兵中，7416廠參與研制生產(chǎn)的型號(hào)產(chǎn)品盛裝亮相，再次向世界展示了維護(hù)國(guó)家主權(quán)與領(lǐng)土完整的決心和實(shí)力……7416廠事業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn)，凝聚起高質(zhì)量發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力，這不僅得益于一群為固體動(dòng)力事業(yè)默默耕耘和奉獻(xiàn)的“孺子牛”“拓荒牛”“老黃牛”，更得益于社會(huì)各級(jí)對(duì)7416廠的全力支持。

創(chuàng)新：在不斷超越中奮力前行

面對(duì)國(guó)家安全需求的新變化，既要敢于亮劍，也要重視鑄劍。7416廠聚焦主責(zé)主業(yè)，從零開(kāi)始到第一次跨越用了30年，到第二次跨越用了12年，到第三次跨越用了不到4年的時(shí)間，而第四次跨越僅用了10個(gè)月時(shí)間。跨越的背后，是該廠連續(xù)多年深入推進(jìn)高效科研生產(chǎn)新體系建設(shè)取得的扎實(shí)成效，科研生產(chǎn)的效率、效能、自動(dòng)化水平和安全質(zhì)量保證能力也都得到大幅提升。

2005年，7416廠完成了三線調(diào)遷，在西安近郊建成了我國(guó)規(guī)模最大的裝藥總裝生產(chǎn)廠區(qū)。新生產(chǎn)線不僅在工藝上了一個(gè)新臺(tái)階，還研制出一批具有突出技術(shù)進(jìn)步點(diǎn)的裝藥專用設(shè)備，引進(jìn)一批具有國(guó)際先進(jìn)水平的高、新、精、尖儀器設(shè)備，形成立式化、連續(xù)化、機(jī)械化和數(shù)控化生產(chǎn)線，使研制水平、批生產(chǎn)能力全面提升，體現(xiàn)了國(guó)內(nèi)同行業(yè)先進(jìn)水平，滿足了航天戰(zhàn)略發(fā)展需要，也為工廠建立可持續(xù)發(fā)展平臺(tái)。

2020年11月2日，國(guó)內(nèi)最大的整體式固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在7416廠新的生產(chǎn)工房完成裝藥，與之匹配的是國(guó)內(nèi)最大的固體推進(jìn)劑澆注系統(tǒng)。兩個(gè)“國(guó)內(nèi)最大”的疊加并非偶然，是不斷在刷新自我中奮力前行，是55年來(lái)始終堅(jiān)持走自主創(chuàng)新之路。特別是“十三五”以來(lái)，加大自主研發(fā)投入力度，重大創(chuàng)新項(xiàng)目競(jìng)相涌現(xiàn)，在一些前沿領(lǐng)域進(jìn)入并跑、領(lǐng)跑階段，實(shí)現(xiàn)了大型固體運(yùn)載分段發(fā)動(dòng)機(jī)精準(zhǔn)對(duì)接、精確控制、精細(xì)絕熱等專業(yè)技術(shù)，參與研制國(guó)內(nèi)最大的分段式固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試車成功，極大提升了固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥總裝工藝技術(shù)水平。[1]

一項(xiàng)項(xiàng)獨(dú)立自主設(shè)計(jì)，都代表著固體動(dòng)力裝藥行業(yè)的先進(jìn)水平，體現(xiàn)出了“創(chuàng)新與制造”的獨(dú)特力量。通過(guò)堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向、攻堅(jiān)克難，攻關(guān)多項(xiàng)重大瓶頸工藝技術(shù)，工藝保障能力顯著提升。以型號(hào)研制生產(chǎn)任務(wù)為背景，承擔(dān)并完成了7項(xiàng)集團(tuán)公司重大、共性工藝研究項(xiàng)目，解決型號(hào)研制關(guān)鍵重大工藝瓶頸，為工廠跨越式增長(zhǎng)夯實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)。

55年來(lái)，7416廠先后獲得技術(shù)專利334項(xiàng)，獲得國(guó)家和省部級(jí)科技成果獎(jiǎng)百余項(xiàng)，“高能裝藥線新工藝技術(shù)研究及實(shí)踐”獲2010年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)，累計(jì)獲得國(guó)家和省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)百余項(xiàng)。

改革：全力推動(dòng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展

在55年的發(fā)展歷程中，7416廠緊跟國(guó)企改革的步伐，在提質(zhì)增效中激流勇進(jìn)。不斷壯大主營(yíng)主業(yè)項(xiàng)目，探索實(shí)踐事業(yè)部管理模式運(yùn)行管理機(jī)制。比如聚焦核心優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域，集中優(yōu)勢(shì)資源，推動(dòng)精細(xì)化工、高性能薄膜材料和固體推進(jìn)劑綜合應(yīng)用等主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)窗膜項(xiàng)目、高性能撓性覆銅板項(xiàng)目等主營(yíng)業(yè)務(wù)板塊規(guī)模和效益同步跨越。目前，高性能窗膜材料已成為其航天技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的一張名片，讓山由窗膜“飛入尋常百姓家”。

這些年，7416廠航天技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)獲得一個(gè)個(gè)“國(guó)字號(hào)”榮譽(yù)：中國(guó)行業(yè)十大誠(chéng)信品牌、中國(guó)十大玻璃窗膜、中國(guó)防爆膜十大品牌、國(guó)際窗膜協(xié)會(huì)全球第九家制造商會(huì)員……并通過(guò)加速新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)化，全力推動(dòng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

參考資料