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固体火箭发动机设计:点火发动机

【摘要】:点火发动机的药柱则是按预定规律燃烧的,不会出现局部高压和爆燃。如图5.7所示,点火发动机实际上是个采用烟火剂型点火器点燃的小型发动机。图5.7点火发动机根据点火发动机相对于主发动机的位置,有前端喷射式和后端喷射式点火发动机。为了减轻结构质量,点火发动机应用大的装填系数。此种点火发动机一般采用超音速的单喷管。

在大型固体火箭发动机中多利用点火发动机来点火。因为,点火发动机与烟火剂点火器相比具有明显的优越性。

图5.6 组合式点火器

1—指示盘组合件;2—壳体组合件;3—密封圈;4—橡皮垫;5—引燃药柱;6—隔盘;7—点火药盒组合件;8—灌封料;9—负极导线;10—烧结玻璃;11—玻璃钢柱;12—桥丝;13—发火药;14—加强药;15—海绵橡胶垫圈;16—点火药块;17—圆柱销

(1)点火发动机的点火燃气流量˙mig和持续时间tbig可以严格控制,使主发动机的过渡特性好且有良好的再现性。

(2)可采用主装药所用的推进剂作点火药,而不需要昂贵的高能烟火剂。尽管点火发动机有成本较高的点火发动机壳体和喷嘴等,但总的成本还可能是低的。

(3)引燃大量的烟火剂会使燃烧室出现局部高压,且有可能变成爆燃。点火发动机的药柱则是按预定规律燃烧的,不会出现局部高压和爆燃。

如图5.7所示,点火发动机实际上是个采用烟火剂型点火器点燃的小型发动机。它由点火药柱、壳体、喷嘴和点火器组成。因此要求主发动机装药在几十毫秒内被点燃,点火发动机的燃气流量很大、工作时间极短,因此,点火药柱常采用燃烧面积大的车轮形药柱。当点火推进剂燃速足够大时,亦可采用星形药柱。

图5.7 点火发动机

根据点火发动机相对于主发动机的位置,有前端喷射式和后端喷射式点火发动机。

1.前端喷射式点火发动机

前端喷射式点火发动机广泛应用于大型固体火箭发动机中,它固定在主发动机的前封头上。这种点火发动机通常采用亚音速的多孔(或多槽)喷嘴,各喷嘴位置与主装药的星槽相对应。

由于点火发动机安装在发动机内部,必须保证它工作完后不喷出残骸,不堵塞主发动机喷管。为此,点火发动机的外表面需要用绝热层来防护。为了减轻结构质量,点火发动机应用大的装填系数。点火发动机的点火多采用发气量大的高能烟火剂作点火药。

2.后端喷射式点火发动机

这种点火发动机常用作大型火箭第一级发动机的点火。它安装在主发动机的扩张段内,工作完后留在地面。因此,对它的机构质量无须特殊要求。此种点火发动机一般采用超音速的单喷管。为了保证喷射的燃气流能够通过主发动机喷管,喷射到主装药表面,点火发动机应安装在适当位置上,燃气要有足够侵入深度以确保充分快速点燃主装药。