单室双推发动机国内外研究现状

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推进剂研究现在的单室双推发动机大多采用复合推进剂，因为复合推进剂比冲高，临界压强低，不仅能够满足发动机高能量的要求，且能够适应两级推力之间较大的压强变化，在低压状态下燃烧效率、能量利用率均比较高，且燃速可调范围大，工艺性好，可通过浇铸一次成型，因此为大多数单室双推发动机所选用。少数发动机选用改性双基推进剂。但是由于复合推进剂燃烧产物中含有 HCI，不仅对火箭导弹的发射装置具有很大的腐蚀性，而且使火箭产生尾焰，是烟焰信号的主要来源，这对于火箭武器的隐蔽性是极其不利的，因此各国都在不断地研究和开发新型推进剂。俄罗斯和美国斯坦福研究所先后成功地合成了二硝酞胺钱盐(ADN)，由于这种化合物能量高，因此可能成为用来代替高氯酸氨(AP)的新型氧化剂。AND 的冲击感度和静电感度都也比奥克托金(HMX)及黑索金(RDX)要低得多。俄罗斯于 1970 年初首先合成出 ADN 后，多年来已解决了它在合成、加工、储存及使用过程中的一系列技术难题，已成功地用于某些导弹的固体推进剂中。硝仿脐(HNF)是另一种新型的氧化剂，其突出优点是含氧量及比冲高，且燃气无腐蚀性，但缺点是燃烧生成热量小。荷兰研究者采用重结晶工艺提高了硝仿脐的纯度且使感度降低，而 HNF 的相容性问题因合成纯度的提高得到改善，同时提高氧化剂的稳定性，将缩水甘油叠氮聚醚（GAP）类物质作为粘合剂解决了硝仿脐对粘合剂固化反应和硝酸酯增塑剂的相容性问题[2]。69543

叠氮粘合剂（GAP）由于能量及密度高，且与各种氧化剂、增塑剂化学相容性好，成为近年来发展高能少烟或无烟推进剂中最为理想的粘合剂。目前研究重点为 GAP 的合成、理化性能研究以及推进剂的研制。分析表明，HNF/GAP 推进剂的比冲要比丁羟（AP/HTPB）推进剂高 20%左右，且燃速也可达 30mm/s 以上[3]。

金属添加剂方面，用金属氢化物如 BeH2、AlH3 等代替金属粉可提高推进剂比冲，俄国研究者将三氢化铝代替铝粉添加于固体推进剂中，使比冲提高 100～150N·s/kg。而文献［2］中指出，BeH2 使用的问题在于推进剂配方中不能含有 AP，否则燃烧生成有剧毒的 BeCl2。这些新型氧化剂、粘合剂及新型的添加剂等使得推进剂的性能大大提高，也为单室双推发动机装药设计提供了更多的推进剂选择，随着研究的不断深入，这些推进剂的实际应用将会越来越普及。论文网

2 装药设计

固体火箭发动机装药设计主要包括药形选择、确定该药形的几何尺寸、计算发动机的热力参量和内弹道性能等。

装药是火箭发动机的能源和工质源，由固体推进剂经过加工后形成特定的形状和尺寸，通过设计装药的几何形状和尺寸，以及对装药某些表面进行适当包袱，来控制燃面的大小及其变化规律，从而控制质量流率，使燃烧室的工作压强和发动机推力方案满足设计要求[4]。单室双推发动机大多采用通过控制燃面变化形成两级推力，常用的形成双推力的装药结构有轮孔装药、多孔装药、树枝形装药以及锚形装药，这类结构均为内侧面燃烧，外侧面包袱，初始燃面大，产生的推力也大，当烧掉一定肉厚时，燃面迅速减小形成第二级推力。

轮孔装药虽然工艺较简单，但由于药柱轮辐处于悬壁状态，在长期贮存时受到环境温度和重力的影响，轮辐容易变形，严重时可能使轮辐断裂，这将导致火箭发动机内弹道性能破坏甚至发生爆炸的危险。多孔装药及树枝形装药内孔型面变化相对较为复杂，给内弹道计算带来难度。赵秀超、周长省等[5]研究推倒得出了多孔装药结构燃面及通气面积的变化公式，并利用某型固体火箭发动机的装药参数，计算了多孔装药内弹道特性，计算结果表明，相比于轮孔装药结构，多孔结构易于实现双推力的同时，能够提高装药药柱的刚度及强度特性。这为单室双推发动机设计及多孔装药结构的应用提供了便利。李越森、王谨、利凤祥等[6]从工程实际的角度，说明了利用零维内弹道模型设计单燃速三维药柱产生双推力的基本方法和药型参数优化方法，对三种典型的三维药型(翼槽型、锥翼型及翼柱型)进行计算分析后得出，翼柱型药柱的燃面易于调节，工艺简单，通过调节翼的长宽及数量来调节燃面并满足推力比及质心位置等设计要求。可实现的推力比较大，因此适合于双推力药柱。翼柱形和锥柱形装药方案推进剂装填密度高且无余药产生，适用于工作时间较长的大中型火箭发动机。