[发明专利]一种固体推进剂药柱结构及其制备方法

说明书

本发明提供了一种固体推进剂药柱结构，包括侧面限燃层、端面限燃层和推进剂药柱，所述推进剂药柱为圆柱结构，所述侧面限燃层和所述端面限燃层分别固定于所述推进剂药柱的侧面和端面，所述端面限燃层上开设有若干个圆孔。该发明设计在端面限燃层开设多个圆孔，通过调节圆孔半径与推进剂药柱肉厚的关系，可使得燃面翻倍率能达到10倍以上，有效解决了现有装药药形不能在小药柱肉厚的情况下实现药柱燃面高翻倍的问题。

技术领域

本发明属于固体推进剂装药技术领域，具体涉及一种固体推进剂药柱结构及其制备方法。

背景技术

弹射是指“利用弹力，将物体从斜轨、发射器或其他装置放出或弹出”，弹射技术在军事领域中有较多应用，被弹射物体包括导弹、舰载飞机、无人机、航空救生座椅、火箭等。弹射基本原理是，以最常用的燃气式弹射为例，是在发射筒内导弹后方空间或其他特制的筒形装置内，由燃气膨胀，作用于承压表面形成弹射力，直接或间接传递给导弹后，推动导弹沿着定向器向前运动，完成发射过程。从能量的转换角度看，弹射过程实质上是火药(推进剂药柱)的化学能在极短的时间(几十毫秒或几百毫秒)内经过燃烧，转变为燃烧产物的热能，然后通过燃烧产物膨胀做功，又转变为导弹、燃气以及发射筒的运动动能的过程。燃气发生器就是将推进剂药柱化学能转变为热能的装置。

燃气发生器一般由点火器、燃烧室、推进剂药柱和喷管组成，其通过推进剂药柱燃烧，在燃烧室内产生高温高压燃气，然后通过喷管将燃气排放到指定空腔，比如导弹的发射筒底部内腔，然后燃气在发射筒内做功，将导弹推出发射筒。

目前燃气发生器装药结构有很多，如星形、翼柱形、管槽形、管形、车轮形、球形等多种药形。导弹利用燃气发生器发射时，往往需要控制发射后座力和导弹出筒速度，而控制后座力最主要的因素就是控制发射筒内的气体压强，而决定这个气体压强最主要的因素就是燃气发生器燃烧室的内压，燃气发生器燃烧室内压由推进剂药柱燃烧产生，可以用公式(1)计算，由公式(1)可知，燃烧室内压主要由推进剂药柱燃面决定，因此也就是说药柱燃烧时燃面基本决定了导弹发射后座力的大小。

其中，P_c为燃烧室压强；

ρ_p、a、c*、n都是表征药柱推进剂性能的参数；

A_b为药柱燃烧面积；

A_t为喷管喉部面积。

要控制导弹发射时，发射后座力不超过要求值，由于发射筒内自由容积随导弹向前运动不断增大，且弹射时间极短，都是毫秒级的，根据发动机内弹道计算理论公式，必须设计一种小肉厚燃面高翻倍的装药结构，而目前的装药结构均难以满足要求，常用药形燃面翻倍最大的是球形药形，其燃面与球半径平方成正比。假设在药柱肉厚只有3mm的情况下，初始球半径为3mm，最大的燃面翻倍率仅为4倍，且在工艺成型上和产品安装上都非常困难，而导弹发射时，往往需要燃面翻倍率达到5倍以上。因此，常规的药形设计方法难以满足要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种固体推进剂药柱结构，以解决现有装药药形不能在小药柱肉厚的情况下实现药柱燃面高翻倍的问题。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种固体推进剂药柱结构，包括侧面限燃层、端面限燃层和推进剂药柱，所述推进剂药柱为圆柱结构，所述侧面限燃层和所述端面限燃层分别固定于所述推进剂药柱的侧面和端面，所述端面限燃层上开设有若干个圆孔。

进一步的，所述端面限燃层上圆孔半径为r，所述推进剂药柱的长度为2e，，满足关系式：其中，e为推进剂药柱肉厚。

进一步的，所述端面限燃层上圆孔半径r为3mm，所述推进剂药柱肉厚e为5mm。

进一步的，所述端面限燃层上任意两个圆孔的圆心最短距离不小于2(r+e)。