点火药的选择：优化固体火箭发动机设计

2023-08-02 理论教育版权反馈

【摘要】：能够基本满足上述要求，可用作点火药的有黑火药、烟火剂、推进剂等。黑火药被广泛用来点燃双基推进剂的发动机。由于这些高能烟火剂有优良的点火性能，常用于点火较困难的复合推进剂发动机的点火。特制的点火推进剂常采用KClO4为氧化剂，这种推进剂的燃速高，并能产生一定量的凝固相产物，可改善点火性能，且其燃速压强指数高，易因通过改变喷嘴直径的办法来改变燃气流量。

点火药应具有如下特性：

（1）热感度高，亦即它的点燃温度低。

（2）在可能的工作环境下易于点燃。例如，在低温下易于点燃；对于高空工作的发动机还应要求它在低压下易于点燃，为此，点火药本身的临界点火压强要低。

（3）能量特性高。例如，燃烧温度高，爆热或火药力大。

（4）燃烧产物有大量的固体微粒，也有适量的气体。固体微粒含量高，可以增加炽热固体微粒接触导热和辐射导热；适量的气体含量能够建立适当的点火压强和迅速包围主装药。

（5）有适当的燃烧速度，以便提供必要的能量释放速率。

（6）性能温度。例如，长期贮存不吸潮、不氧化、不变质等。

能够基本满足上述要求，可用作点火药的有黑火药、烟火剂、推进剂等。

1.黑火药

黑火药由硝酸钾（75%）、木炭（15%）和硫黄（10%）组成。

黑火药的优点是：

（1）热敏度高，其点燃温度约300°C；

（2）燃烧产物有大量固体微粒（60%），也有适量的气体含量（40%）；

（3）机械敏度低，生成、运输、存放和使用有较好的安全性；

（4）长期贮存化学安定性好；

（5）价格低廉等。

黑火药的缺点是：

（1）能量特性低，爆热约2 450 kJ/kg，火药力约29×104N·m/kg，燃烧温度约2 590 K；

（2）易吸潮等。

黑火药被广泛用来点燃双基推进剂的发动机。

我国生产的黑火药，按颗粒大小可分为：1、2号大粒黑药，1、2、3、4号小粒黑药和药粉7种。颗粒过大，燃烧时间长，能量释放速率慢；颗粒过小，燃烧时间极短，甚至小于主装药引燃的感应期而不能点燃主装药，且造成很大的局部压强。因此，颗粒大小应选择适当。点燃大尺寸的双基推进剂装药和复合推进剂装药，宜选用大颗粒；点燃小尺寸的双基推进剂装药，常用2号小粒黑药。

2.烟火剂

烟火剂种类很多，它与黑火药一样，都是由氧化剂、燃烧剂和黏合剂组成的机械混合物。燃烧剂一般采用镁粉、铝粉、硼粉和锆粉等。氧化剂常用过氯酸钾、氯酸钾、硝酸钾、聚四氟乙烯等。

目前常用烟火剂的特点如下：

（1）B-KNO3在低压下易于点燃，燃气中固体微粒含量为65%，燃速的压强指数小，对潮气比较敏感，但比黑火药好。由于它的气体含量较多，并具有低压下易于点燃的特性，多用于高空点火，以及自由容积大的发动机点火。

（2）Mg-PTFE在低压下易于点燃，燃气中固体微粒含量多，燃速的压强指数小，能量特性与B-KNO3相近。由于它的燃气气体含量少，可用于自由容积小的发动机点火。

（3）A l-KClO4在低压下难以点燃，固体微粒含量为70%，燃速对压强敏感，能量特性高。它可用于地面和低空点火。

这些烟火剂与黑火药相比，其优点是：

（1）能量特性高，燃烧温度一般在3 000 K以上；

（2）燃烧产物中有大量固体微粒，有利于增大燃气对装药表面的热交换，不易产生高的局部压强，也适应复合推进剂临界点火压强低的特点。

这些烟火剂与黑火药相比，其缺点是：

（1）点燃温度高，发火系统需要有火焰加强药块，并常需用黑火药作引燃药；

（2）有强烈的吸湿性，且稳定性差，因此，点火器的密封性要求高；

（3）价格贵。

由于这些高能烟火剂有优良的点火性能，常用于点火较困难的复合推进剂发动机的点火。用作点火药的烟火剂，可压制成一定形状（如椭圆形、圆柱形）的药粒或压制成较大尺寸的圆柱药片。前者易因窜动、摩擦而粉碎；后者可以整齐排列，无上述疵病。

药粒的尺寸取决于所需点火器的持续时间和烟火剂的燃速。烟火剂的燃速越大，药粒尺寸越大。通常，药粒直径小于10mm。

3.推进剂

用于点火发动机的点火药是各种推进剂。可以用与主发动机相同的推进剂；也可以用特制的点火推进剂。特制的点火推进剂常采用KClO4为氧化剂，这种推进剂的燃速高，并能产生一定量的凝固相产物，可改善点火性能，且其燃速压强指数高，易因通过改变喷嘴直径的办法来改变燃气流量。

点火推进剂通常制成大燃面小肉厚的药柱，如车轮形、树枝形药柱。对于高燃速的点火推进剂，亦可以采用装填系数高的星形药柱。

点火药的选择：优化固体火箭发动机设计

相关推荐