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固体火箭发动机发火系统设计

【摘要】:点火装置的可靠性和安全性,在很大程度上取决于发火系统。发火系统主要有电发火系统和机械击发式发火系统两大类。其中电发火系统应用最广泛,机械击发式发火系统仅在少数小型发动机上应用。本节主要讲述电发火系统的设计。有些发火系统还设置有安全装置和加强药块等。由于电热桥和半导体桥结构和性能参数相似,要求相近,均属于低电压发火系统,下面以低压电热桥丝为例讲述其设计的相关问题。

点火装置的可靠性和安全性,在很大程度上取决于发火系统。发火系统主要有电发火系统和机械击发式发火系统两大类。其中电发火系统应用最广泛,机械击发式发火系统仅在少数小型发动机上应用。本节主要讲述电发火系统的设计。

电发火系统由电发火管、点火线路和发火管固定座组成。有些发火系统还设置有安全装置和加强药块等。电发火管是这类发火系统的主要部件。

电发火管中将电能转换为热能的结构有热桥丝、爆炸桥丝、半导体桥丝等。热桥丝的电能通过电桥丝转变成热能,加热并引燃桥丝周围的发火药,其电压在28 V以下,故又称为低电压发火管;爆炸桥丝的电桥丝(金或箔)通电熔化,将电能转变为热能和动能,引爆其周围的高能炸药,其电压高达500~2 500 V,故又称为高电压发火管;半导体桥丝是近年来发展起来的一类新型电发火装置,它通过将掺杂的多晶硅半导体薄膜进行微电子光刻制成“H”形桥结构(见图5.8(b)),当在半导体桥两端施加电脉冲时,电流就会在电流梯度最大的桥区边沿产生辉光放电并向桥中心激励,桥区材料所固有的负电阻特性将极大增强这种激励效应并加速桥区多晶硅材料的熔化,生成灼热的多晶硅等离子体引燃点火药剂。低电压发火管所需的电源电压低、对绝缘要求低、价格便宜,目前应用最广泛;高电压发火管虽然安全性好,但价格昂贵、绝缘要求高,故只有在安全性要求高的场合才考虑采用;半导体桥丝因具有低压低能发火、快速作用、安全(抗射频、电磁和静电)、与数字逻辑电路兼容,以及可用集成电路工艺制造等特点而得到了更广泛的应用。

由于电热桥和半导体桥结构和性能参数相似,要求相近,均属于低电压发火系统,下面以低压电热桥丝为例讲述其设计的相关问题。