一种消除自由装填侵蚀燃烧的装药结构及固体火箭发动机

技术领域

本发明属于火箭发动机装药技术领域，具体涉及一种消除自由装填侵蚀燃烧的装药结构及固体火箭发动机。

背景技术

固体火箭发动机在采用自由装填的管状双基药柱时，会在喷管前方放置一个挡药板，防止发动机工作时双基药柱后移堵塞喷管喉部，而使发动机工作异常，甚至爆炸。

当发动机采用小直径管状双基药柱且燃烧室横截面积装填密度较大时，挡药板为了防止小直径药柱直接从挡药板燃气通道流出，挡药板上的燃气通道面积往往会受到限制。设计挡药板时，管状双基药柱的内孔面积一般会直接与挡药板的燃气通道100％相通，药柱内孔燃烧产生的燃气能顺利排出到喷管；挡药板为了挡住药柱后移，挡药板必须与药柱实体接触，从而限制了药柱外表面燃烧产生的燃气的通道面积，使药柱外通道面积与挡药板燃气通道面积直接连通的面积受到限制，外燃气不能快速排出，易产生侵蚀燃烧，在燃烧室内产生异常高压，甚至会发生燃烧室壳体破坏解体的现象。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有小直径管状双基药柱在装填密度较大时易发生侵蚀燃烧，严重时可使发动机内压大幅增加，使发动机壳体发生破坏解体的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种消除自由装填侵蚀燃烧的装药结构，包括推进剂药柱，所述推进剂药柱上同轴开设有贯通推进剂药柱两端的中心内孔，所述推进剂药柱的一端开设有U形槽口，所述U形槽口贯通所述推进剂药柱的侧壁并且与所述中心内孔连通。

进一步的，所述中心内孔直径为D，所述U形槽口的宽度L为0.2D～3D，所述U形槽口的深度H为0.5D～25D。

进一步的，所述U形槽口的中心位于所述推进剂药柱的轴线上。

进一步的，所述U形槽口的深度方向平行于所述推进剂药柱的轴向。

进一步的，所述推进剂药柱为双基药柱。

另外，本发明还提供了一种消除自由装填侵蚀燃烧的固体火箭发动机，包括装药燃烧筒体、挡药板、喷管组件及上述的装药结构，所述喷管组件安装于所述装药燃烧筒体的出口端，所述挡药板位于所述喷管组件与所述装药燃烧筒体之间，所述挡药板上设有燃气通道，所述推进剂药柱填装于所述装药燃烧筒体内，所述U形槽口面向所述挡药板，且所述中心内孔及至少部分U形槽口与所述燃气通道相通。

进一步的，所述装药燃烧筒体内填装有若干组环形的推进剂药柱组，各所述推进剂药柱组沿装药燃烧筒体径向同轴布置，每组所述推进剂药柱组由多个沿装药燃烧筒体周向布置的所述推进剂药柱组成。

进一步的，每组所述推进剂药柱组的各所述推进剂药柱上的U形槽口共圆布置。

进一步的，所述挡药板上设有若干组环形的燃气通道组，各所述燃气通道组沿装药燃烧筒体径向间隔同轴布置，每组所述燃气通道组由多个沿装药燃烧筒体周向间隔布置的所述燃气通道组成。

进一步的，所述燃气通道为沿装药燃烧筒体周向延伸的弧形槽，且该弧形槽的宽度大于所述中心内孔直径。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本发明通过设计推进剂药柱的结构，在推进剂药柱贴近挡药板的一端开设U形槽口，并将U形槽口与挡药板的燃气通道相通，从而可消除推进剂药柱密集装填时产生的侵蚀燃烧。

(2)本发明提供的这种消除自由装填侵蚀燃烧的装药结构只要在一般的数控机床上加工即可，结构简单，易加工和检验，产品质量可以得到保证。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明消除自由装填侵蚀燃烧的装药结构的主视图；

图2是本发明消除自由装填侵蚀燃烧的装药结构的右视图；

图3是图1中A-A的截面图；

图4是本发明消除自由装填侵蚀燃烧的固体火箭发动机的结构示意图；

图5是图4中B-B的截面图；

图6是图4中C-C的截面图。

附图标记说明：1、推进剂药柱；2、U形槽口；3、中心内孔；4、装药燃烧筒体；5、挡药板；6、燃气通道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是抵触连接或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

实施例1：

如图1、图2和图3所示，本实施例提供了一种消除自由装填侵蚀燃烧的装药结构，包括推进剂药柱1，所述推进剂药柱1上同轴开设有贯通推进剂药柱1两端的中心内孔3，所述推进剂药柱1的一端开设有U形槽口2，所述U形槽口2贯通所述推进剂药柱1的侧壁并且与所述中心内孔3连通。其中，所述推进剂药柱1为双基药柱，针对在双基药柱在自由装填密度较大时易发生侵蚀燃烧问题，本实施例的装药结构在工作时，将推进剂药柱1开设U形槽口2的一端贴近挡药板，同时使推进剂药柱1的中心内孔3和U形槽口2与挡药板上的燃气通道直接相通，中心内孔3可使推进剂药柱1内孔燃烧产生的燃气能顺利排出到喷管，而U形槽口2的设计则可使推进剂药柱1外表面燃烧产生的燃气能迅速直接排出到喷管，进而可有效避免发生侵蚀燃烧。本实施例提供的这种消除自由装填侵蚀燃烧的装药结构，在推进剂药柱1端面开设U形槽口2，只要在一般的数控机床上加工即可，结构简单，易加工和检验，产品质量可以得到保证。

具体的，所述推进剂药柱1的中心内孔3直径为D，所述U形槽口2的宽度L为0.2D～3D，所述U形槽口2的深度H为0.5D～25D，对于U形槽口2的结构尺寸设计，需要保证推进剂药柱1外表面的燃烧面积除以该燃面产生的燃气流通通道面积之商不大于100，其中，推进剂药柱1外表面燃烧产生的燃气流通通道面积为挡药板上与推进剂药柱1的U形槽口2相通部分的燃气通道面积总和。

优选的，设计所述U形槽口2的深度方向平行于所述推进剂药柱1的轴向。所述U形槽口2的中心位于所述推进剂药柱1的轴线上，具体的，在一些实施例中，可以设计所述U形槽口2为直线型结构，并使所述U形槽口2沿所述推进剂药柱1的径向延伸，此种结构的U形槽口2不仅开口面积大，利于推进剂药柱1填装时U形槽口2能与挡药板5的燃气通道更大面积直接相通，而且便于加工；另一些实施例中，还可以设计所述U形槽口2具有一定弧度，以利于在固体火箭发动机中填装多个推进剂药柱1时，各所述推进剂药柱1上的U形槽口2可以形成共圆，从而与挡药板5的燃气通道更大面积直接相通，进而提高推进剂药柱1外表面燃烧产生燃气的排出效率。

实施例2：

如图4、图5和图6所示，本实施例提供了一种消除自由装填侵蚀燃烧的固体火箭发动机，包括装药燃烧筒体4、挡药板5、喷管组件以及上述实施例的装药结构，其中，所述喷管组件安装于所述装药燃烧筒体4的出口端，所述挡药板5位于所述喷管组件与所述装药燃烧筒体4之间，所述挡药板5上设有燃气通道6，所述推进剂药柱1填装于所述装药燃烧筒体4内，所述推进剂药柱1上开设U形槽口2的一端面向且贴近所述挡药板5，所述推进剂药柱1的中心内孔3及至少部分U形槽口2与所述燃气通道6相通；在本实施例中，推进剂药柱1的实体部分与挡药板5接触，从而阻挡推进剂药柱1后移堵塞喷管组件，同时将推进剂药柱1的中心内孔3和U形槽口2与挡药板5的燃气通道6相通，推进剂药柱1内孔燃烧产生的燃气通过中心内孔3能顺利排出到喷管组件，推进剂药柱1外表面燃烧产生的燃气则通过U形槽口2同样可直接迅速排出，从而可消除发动机工作时，装药燃烧筒体4内填装的密度较大的推进剂药柱1发生侵蚀燃烧现象，确保发动机正常安全工作。

优化的实施方式，所述装药燃烧筒体4内填装有若干组环形的推进剂药柱组，各所述推进剂药柱组沿装药燃烧筒体4径向同轴布置，每组所述推进剂药柱组由多个沿装药燃烧筒体4周向布置的所述推进剂药柱1组成；相应地，所述挡药板5上设有若干组环形的燃气通道组，各所述燃气通道组沿装药燃烧筒体4径向间隔同轴布置，每组所述燃气通道组由多个沿装药燃烧筒体4周向间隔布置的所述燃气通道6组成。在装药燃烧筒体4内填装推进剂药柱1时，推进剂药柱1与挡药板5上燃气通道6具有一定对应关系，即让各推进剂药柱1的中心内孔3面积能与挡药板5的燃气通道6完全相通，同时使各推进剂药柱1的U形槽口2与挡药板5的燃气通道6尽可能的最大面积直接相通。

具体的，所述燃气通道6设计为沿装药燃烧筒体4周向延伸的弧形槽，且该弧形槽的宽度大于所述推进剂药柱1的中心内孔3直径，保证推进剂药柱1的中心内孔3面积与挡药板5的燃气通道6完全相通。

优选的，设计每组所述推进剂药柱组的各所述推进剂药柱1上的U形槽口2共圆布置，此时各所述推进剂药柱1上的U形槽口2的截面为弧形，共圆的U形槽口2有利于与挡药板上相应的燃气通道组相对应，从而保证各推进剂药柱1的U形槽口2与挡药板5的燃气通道6最大面积直接相通。当然，各所述推进剂药柱1上的U形槽口2为直线形时，可设计每组所述推进剂药柱组的各所述推进剂药柱1上的U形槽口2均与同一基准圆相切，此基准圆与装药燃烧筒体4同轴。

下面通过具体实施例说明采用本发明中带U形槽口的推进剂药柱的效果。

某发动机的装药燃烧筒体内径为Φ69.2mm，装药燃烧筒体内装填34根管状推进剂药柱，每根推进剂药柱的长度均为54mm，推进剂药柱的中心内孔直径均为Φ4.15mm，推进剂药柱的外径均为9.75mm。该发动机在采用常规推进剂药柱(即推进剂药柱端面未开设U形槽口)措施前，发动机工作时的最大工作压强达到了29.4MPa；而该发动机采用本发明的推进剂药柱，即推进剂药柱端面开设U形槽口，其中，U形槽口的宽度L为4mm，U形槽口的深度H为6mm，发动机工作时的最大工作压强仅约11MPa，与理论计算曲线吻合。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。