易 磊，寇軍強(qiáng)，李衛(wèi)鵬，鄧 恒，陳敏芳

（中國兵器工業(yè)第203研究所，西安 710065）

0 引言

在固體火箭發(fā)動機(jī)的研制和生產(chǎn)過程中，需要對推進(jìn)劑和裝藥設(shè)計進(jìn)行原理性試驗和地面靜止、飛行試驗，以檢測固體火箭發(fā)動機(jī)和推進(jìn)劑的性能指標(biāo)。固體火箭發(fā)動機(jī)點火系統(tǒng)是造成不符合設(shè)計指標(biāo)要求的主要問題之一。固體火箭發(fā)動機(jī)點火系統(tǒng)包括點火具結(jié)構(gòu)、點火藥包、點火頭、噴管密封結(jié)構(gòu)等。根據(jù)不同的固體火箭發(fā)動機(jī)，應(yīng)通過不同條件的試驗方法確定最佳的發(fā)動機(jī)主裝藥點燃工作參數(shù)，才能保證發(fā)動機(jī)的正常工作。發(fā)動機(jī)在點火工作瞬間會經(jīng)受瞬態(tài)振動，這些瞬態(tài)振動會產(chǎn)生能量很高的沖擊，構(gòu)成對發(fā)動機(jī)及導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)損傷。為了找出點火過載產(chǎn)生的原因及其大小的影響因素，文中在發(fā)動機(jī)總體設(shè)計、裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計、推進(jìn)劑設(shè)計一定的條件下，分別就不同點火藥量、不同點火頭、不同點火藥粒度進(jìn)行了點火試驗分析，測試了發(fā)動機(jī)點火壓強(qiáng)及過載的大小，對沖擊響應(yīng)頻譜進(jìn)行分析，從而找出發(fā)動機(jī)滿足可靠點火時的最小過載狀態(tài)，為固體火箭發(fā)動機(jī)的最佳點火的安全、可靠性提供了最佳參數(shù)。

1 發(fā)動機(jī)點火試驗裝置及試驗方法

點火沖擊是產(chǎn)生過載的直接原因，在點火瞬間點火藥產(chǎn)生大量高溫燃?xì)鉀_擊在裝藥表面，使裝藥及發(fā)動機(jī)殼體產(chǎn)生震動。本試驗通過測試不同點火過程中發(fā)動機(jī)殼體過載的大小，對過載的影響因素進(jìn)行分析，基本驗證了不同點火狀態(tài)下的沖擊過載情況。

1.1 試驗條件

根據(jù)所研制的固體火箭發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點，試驗發(fā)動機(jī)如圖1所示，裝藥結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計為與真實裝藥大小相同，采用不易燃燒材料的假藥柱，以盡可能的模擬發(fā)動機(jī)工作時的真實狀態(tài)。分別選擇不同狀態(tài)的點火頭、點火藥量以及點火藥粒度，確定了多種不同的試驗條件。

測試系統(tǒng)如圖1所示，發(fā)動機(jī)后封頭圓弧頂點處為測壓處，振動傳感器固定在發(fā)動機(jī)后封頭殼體上，其上分布3個傳感器，分別測試發(fā)動機(jī)3個方向的沖擊加速度過載。

圖1 測試用發(fā)動機(jī)及測試裝置

1.2 試驗方法

1）在發(fā)動機(jī)點火具結(jié)構(gòu)、點火頭類型、點火藥粒度一定的條件下，根據(jù)試驗要求，只改變點火藥量，分別進(jìn)行多次重復(fù)性試驗，具體見表1。

表1 不同點火藥量的試驗

測量點火壓強(qiáng)大小，測量點火過載響應(yīng)試驗曲線。將試驗曲線處理出最大壓力值、三向過載大小等結(jié)果。

2）在發(fā)動機(jī)點火具結(jié)構(gòu)、點火藥量一定的條件下，選擇兩種不同的點火頭JA3和DD8進(jìn)行多次試驗，具體見表2。

表2 不同點火頭的試驗

測量點火噴管打開壓力值大小，測量點火過載響應(yīng)試驗曲線。對兩種狀態(tài)下的結(jié)果進(jìn)行對比分析。

3）在發(fā)動機(jī)點火具結(jié)構(gòu)、點火頭、點火藥量一定的條件下，選擇兩種不同的點火藥粒度進(jìn)行多次試驗，具體見表3。

表3 不同點火粒度的試驗

其中，試驗37～42是與試驗19～24作比較，試驗43～48是與試驗25～30作比較。

測量點火噴管打開壓力值大小，測量點火過載響應(yīng)試驗曲線。對幾種狀態(tài)下的結(jié)果進(jìn)行對比分析。

2 發(fā)動機(jī)點火試驗結(jié)果分析

本次試驗共分為8種狀態(tài)共計48次試驗，按照試驗編號，分別對每個試驗曲線進(jìn)行處理分析，得出各狀態(tài)的過載均值及發(fā)動機(jī)內(nèi)部最大壓強(qiáng)均值，統(tǒng)計結(jié)果見表4。

由于試驗數(shù)目較多，文中分別取出各種狀態(tài)下的典型FFT圖進(jìn)行分析，具體見圖2～圖9。

表4 各狀態(tài)試驗結(jié)果

圖3 JA3，4g2＃小黑＋7g高能

圖4 JA3，10g2＃小黑＋10g高能

圖5 DD8，4g2＃小黑＋4g高能

圖6 DD8，4g2＃小黑＋7g高能

圖7 DD8，10g2＃小黑＋10g高能

圖8 DD8，4g1＃小黑＋4g高能

圖9 DD8，4g3＃大黑＋7g高能

2.1 不同點火藥量

總體來看在點火頭相同、點火藥粒度也相同的情況下，隨著黑火藥和高能點火藥量的增加，過載逐漸增大，最大點火壓強(qiáng)也逐漸升高。即使只增加高能點火藥，過載和最大壓強(qiáng)也會隨之增加。

2.2 不同點火頭

在點火藥量相同、點火藥粒度也相同的情況下，對比圖2與圖5、圖3與圖6、圖4與圖7可以看出，JA3和DD8兩種點火頭在點火沖擊方面的差異不明顯。

2.3 不同點火藥粒度

在點火頭和點火藥量相同的情況下，對比圖5與圖8、圖6與圖9可以看出，點火藥粒度越大時，對發(fā)動機(jī)的沖擊過載也越大，相應(yīng)的最大點火壓強(qiáng)也較大。

從頻譜分析圖上可以看出，X向過載＞Y向過載＞Z向過載，X向振動最大振幅基本處于250～400 Hz之間。為了將點火頭和點火藥包分開考慮，特分析了具有明顯雙峰特征的工況，從X向頻譜分析結(jié)果看，點火沖擊過載主要來自點火藥包，如果點火頭起爆瞬間過載過大，此時點火頭一般在高頻段具有較大振幅；20 Hz附近的大振幅振動主要來自于點火藥包，結(jié)合頻譜圖的其它信息，判斷點火藥包引起的振動主要在低頻段。

3 結(jié)論

文中通過正確合理的選擇固體火箭發(fā)動機(jī)點火系統(tǒng)試驗參數(shù)進(jìn)行了固體火箭發(fā)動機(jī)點火試驗研究，最終的試驗結(jié)果可以得出：點火沖擊過載主要來自點火藥包，在點火具結(jié)構(gòu)不變的情況下，隨著點火藥量的增加，點火沖擊過載也隨著增大；在點火藥量不變的情況下，隨著黑火藥粒度的增加，點火沖擊也隨著增加；JA3和DD8兩種鈍感點火頭對點火沖擊過載的影響不大，所以在保證可靠點火的情況下，盡可能采用小點火藥量和小粒度點火藥的點火方案，可以減小點火沖擊過載。

［1］ 王元有.固體火箭發(fā)動機(jī)設(shè)計［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1994.

［2］ 王翠榮，施廣富，郭軍.固體火箭發(fā)動機(jī)沖擊信號響應(yīng)譜分析［J］.固體火箭技術(shù)，2003，26（2）：57－60.

［3］ 張訓(xùn)文，崔進(jìn)起，王麗萍.固體發(fā)動機(jī)點火控制技術(shù)研究［C］／／中國宇航學(xué)會固體火箭推進(jìn)專業(yè)委員會第二十六屆年會論文集.長沙：中國宇航學(xué)會，2009：1－4.