劉君閣，趙變玲，孫振興

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增程炮彈火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)傳火研究

劉君閣，趙變玲，孫振興

（遼寧北方華豐特種化工有限公司，遼寧 撫順，113003）

為使增程炮彈火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可靠、平穩(wěn)工作，提出了一種后置射流點(diǎn)火具（鋯系藥）點(diǎn)燃前置射流點(diǎn)火具（鋯系藥）的點(diǎn)傳火技術(shù)，進(jìn)行了點(diǎn)傳火系統(tǒng)總體、前置射流點(diǎn)火具、后置射流點(diǎn)火具、點(diǎn)火、傳火及裝藥設(shè)計(jì)，進(jìn)行了點(diǎn)火具射流長(zhǎng)度、射流時(shí)間、射流流量、靜態(tài)、動(dòng)態(tài)及點(diǎn)傳火系統(tǒng)——曲線等對(duì)比測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明：射流點(diǎn)火具（鋯系藥）具有輸出性能穩(wěn)定、射流流量較大的射流點(diǎn)火特性，在點(diǎn)傳火系統(tǒng)中能使前置射流點(diǎn)火具（鋯系藥）迅速穩(wěn)定建壓，輸出較大、穩(wěn)定的射流流量，使火箭發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作。

射流點(diǎn)火具；點(diǎn)火；傳火；射流流量；——曲線

為提高炮彈射程，通常在彈尾增加底排和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，這種炮彈稱之為底排火箭復(fù)合增程彈。底排和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作穩(wěn)定性直接影響增程彈的射程和密集度，而火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)傳火性能直接影響火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作穩(wěn)定性。

對(duì)于增程炮彈火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火有兩種形式：一種是藥盒式點(diǎn)火，另一種是射流點(diǎn)火具點(diǎn)火。研究結(jié)果表明，射流點(diǎn)火具能可發(fā)靠點(diǎn)燃火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，射流點(diǎn)火具的工作曲線與火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作曲線擬合光滑、平穩(wěn)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定[1]。對(duì)于增程炮彈火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)傳火也有兩種形式：一種是（延期）點(diǎn)火具點(diǎn)燃后置藥盒，后置藥盒再點(diǎn)燃前置藥盒（前置藥包），其綜合能量點(diǎn)燃火箭發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥；另一種是（延期）射流點(diǎn)火具點(diǎn)燃前置藥盒（前置藥包），其綜合能量點(diǎn)燃火箭發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥。

本文通過(guò)分析對(duì)比后置、前置兩種射流點(diǎn)火具在不同種類藥劑條件下的射流性能，提出了后置射流點(diǎn)火具點(diǎn)燃前置射流點(diǎn)火具的點(diǎn)傳火系統(tǒng)方案，并經(jīng)過(guò)輸出性能測(cè)試，驗(yàn)證了點(diǎn)傳火系統(tǒng)作用可靠性，為增程炮彈火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可靠、平穩(wěn)工作提供技術(shù)參考依據(jù)，在一定程度上保證了增程炮彈的射程可靠性和密集度。

1 設(shè)計(jì)

1.1 點(diǎn)傳火系統(tǒng)

進(jìn)行了增程炮彈火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)傳火系統(tǒng)原理性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖1所示。

圖1 點(diǎn)傳火系統(tǒng)原理性結(jié)構(gòu)圖

圖1所示的點(diǎn)傳火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由管體、前后2種座體、2種射流點(diǎn)火具或前置藥包組成，2種射流點(diǎn)火具的距離為200mm、管體內(nèi)徑為15mm。在炮彈總體設(shè)計(jì)中，后置射流點(diǎn)火具位于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴喉部位。

點(diǎn)傳火系統(tǒng)作用原理為：外界火焰通過(guò)傳火孔點(diǎn)燃后置射流點(diǎn)火具，后置射流點(diǎn)火具工作后輸出射流點(diǎn)焰前置射流點(diǎn)火具，前置射流點(diǎn)火具工作后輸出較大流量射流，進(jìn)而點(diǎn)燃火箭發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥，使火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作。

1.2 后置射流點(diǎn)火具

后置射流點(diǎn)火具由管殼、綢墊、點(diǎn)火藥和閉氣片組成，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 后置射流點(diǎn)火具

圖2中點(diǎn)火藥Ⅰ為硼系藥，用于接收外界火焰能量，燃燒并點(diǎn)燃點(diǎn)火藥Ⅱ；點(diǎn)火藥Ⅱ?yàn)殇喯邓帲ㄋ幜?.8g）或鎂系藥(1.2g)，點(diǎn)火藥Ⅱ?yàn)榄h(huán)形裝藥，藥柱中心有孔，燃燒后形成射流，以點(diǎn)燃前置射流點(diǎn)火具。

1.3 前置射流點(diǎn)火具

前置射流點(diǎn)火具由管殼、綢墊、噴嘴、點(diǎn)火藥和惰性藥組成，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。圖3中點(diǎn)火藥Ⅰ為硼系藥，用于接收后置射流點(diǎn)火具輸出能量，燃燒并點(diǎn)燃點(diǎn)火藥Ⅱ；點(diǎn)火藥Ⅱ?yàn)殇喯邓帲ㄋ幜繛?.1g），燃燒后迅速形成較大能量射流，使火箭發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作。

圖3 前置射流點(diǎn)火具

1.4 前置藥包

前置藥包由綢布、五類黑火藥、鎂粉和聚四氟乙烯組成，藥量1.5g。

2 試驗(yàn)與結(jié)果分析

根據(jù)炮彈火箭發(fā)動(dòng)機(jī)具有高速旋轉(zhuǎn)的工作特性，以及前置射流點(diǎn)火具、后置射流點(diǎn)火具的工作原理，分別進(jìn)行了后置射流點(diǎn)火具靜態(tài)點(diǎn)火試驗(yàn)，前置射流點(diǎn)火具的靜態(tài)和高速旋轉(zhuǎn)下的點(diǎn)火、輸出特性試驗(yàn)，前置射流點(diǎn)火具、后置射流點(diǎn)火具匹配性試驗(yàn)，以及后置射流點(diǎn)火具點(diǎn)燃前置藥包匹配性試驗(yàn)。試驗(yàn)條件：制式電點(diǎn)火頭，發(fā)火電流1.2A，常溫。

2.1 后置射流點(diǎn)火具靜態(tài)對(duì)比試驗(yàn)

進(jìn)行了后置射流點(diǎn)火具中點(diǎn)火藥Ⅱ?yàn)殇喯邓帲ㄋ幜?.8g）和鎂系藥(1.2g)的靜態(tài)對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1及圖4。

表1 后置射流點(diǎn)火具靜態(tài)對(duì)比試驗(yàn)

Tab.1 Static tests results of postpositive jet igniter

注：為射流時(shí)間；為射流長(zhǎng)度；為射流直徑。

圖4 后置射流點(diǎn)火具靜態(tài)試驗(yàn)

表1靜態(tài)試驗(yàn)結(jié)果和圖4表明：（1）兩種射流點(diǎn)火具平均射流時(shí)間分別為249ms和950ms，差異較大，但均有足夠的射流點(diǎn)火時(shí)間；（2）兩種射流點(diǎn)火具射流長(zhǎng)度分別為775mm和475mm，差異較大，對(duì)于裝藥長(zhǎng)度200mm的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，均有足夠的射流長(zhǎng)度裕度；（3）射流直徑分別為20～230mm和20～185mm，差異同樣較大，但均大于噴管內(nèi)徑15mm，均有足夠的徑向點(diǎn)火能力。

雖然這3項(xiàng)性能參數(shù)均能滿足要求，但射流流量是衡量射流點(diǎn)火具的一個(gè)重要參數(shù)，裝填鋯系藥的射流點(diǎn)火具平均射流流量為7.2g/s，而裝填鎂系藥的射流點(diǎn)火具平均射流流量?jī)H有1.5g/s。綜合分析，射流點(diǎn)火具（鋯系藥）具有平穩(wěn)、可靠的射流點(diǎn)火性能。

2.2 前置射流點(diǎn)火具靜態(tài)、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

動(dòng)態(tài)試驗(yàn)是在變頻主軸和變頻器試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行的，通過(guò)電壓調(diào)頻調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速設(shè)定為18 000轉(zhuǎn)/min。前置射流點(diǎn)火具靜態(tài)、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)各5發(fā)，結(jié)果見(jiàn)表2及圖5。

表2 前置射流點(diǎn)火具靜態(tài)、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)結(jié)果

Tab.2 Static and dynamic tests results of propositive jet igniter

注：為射流時(shí)間；為射流長(zhǎng)度；為射流直徑。

圖5 前置射流點(diǎn)火具靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

表2結(jié)果和圖5表明：（1）靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)對(duì)射流點(diǎn)火具射流時(shí)間基本無(wú)影響，平均時(shí)間約為350ms；（2）靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)對(duì)射流點(diǎn)火具的射流長(zhǎng)度和射流直徑有影響，射流長(zhǎng)度由靜態(tài)的1 412mm縮短到動(dòng)態(tài)的1 130mm，射流直徑也由靜態(tài)的92～490 mm減少到84～350mm。分析這種變化的影響因素是來(lái)源于靜態(tài)空氣對(duì)高速旋轉(zhuǎn)射流構(gòu)成了較大的空氣阻力。

2.3 點(diǎn)傳火系統(tǒng)P——t試驗(yàn)

2.3.1前置、后置射流點(diǎn)火具（鋯系藥）

點(diǎn)傳火試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3及圖6。

表3 前置、后置射流點(diǎn)火具（鋯系藥）——試驗(yàn)結(jié)果

Tab.3 P——t curves of propositive and postpositive jet igniter（charged Zr powder）

注：1為后置射流點(diǎn)火具壓強(qiáng)與前置射流點(diǎn)火具壓強(qiáng)交點(diǎn)處壓強(qiáng)；1為從壓強(qiáng)開始上升到后置射流點(diǎn)火具壓強(qiáng)與前置射流點(diǎn)火具壓強(qiáng)交點(diǎn)處時(shí)間；2為最大壓強(qiáng)；2為從壓強(qiáng)開始上升到最大壓強(qiáng)時(shí)間（以下表中相同）。

圖6 前置、后置射流點(diǎn)火具（鋯系藥）P——t試驗(yàn)曲線

2.3.2 前置射流點(diǎn)火具（鋯系藥）、后置射流點(diǎn)火具（鎂系藥）

前置射流點(diǎn)火具（鋯系藥）與后置射流點(diǎn)火具（鎂系藥）點(diǎn)傳火試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4及圖7。

表4 前置射流點(diǎn)火具（鋯系藥）與后置射流點(diǎn)火具（鎂系藥）——試驗(yàn)結(jié)果

Tab.4 P——t curves of propositive jet igniter（charge Zr powder）and postpositive jet igniter (charge Mg powder)

圖7 前置射流點(diǎn)火具（鋯系藥）、后置射流點(diǎn)火具（鎂系藥）P——t試驗(yàn)曲線

2.3.3 前置藥包、后置射流點(diǎn)火具（鎂系藥）

前置藥包與后置射流點(diǎn)火具（鎂系藥）點(diǎn)傳火結(jié)果見(jiàn)表5及圖8。

圖8 前置藥包、后置射流點(diǎn)火具（鎂系藥）P——t試驗(yàn)

表5 前置藥包、后置射流點(diǎn)火具（鎂系藥）——試驗(yàn)結(jié)果

Tab.5 P——t curves of propositive charge and postpositive jet igniter（charged Mg powder）

2.4 結(jié)果分析

對(duì)不同點(diǎn)火系統(tǒng)下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表6所示。

表6 不同點(diǎn)火系統(tǒng)條件下——試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

Tab.6 P——t curves of the different propositive and postpositive jet igniters

從表6數(shù)據(jù)可以看出：（1）序號(hào)1的1平均值為1.0MPa，大于序號(hào)2及3的平均值0.19MPa和0.32MPa；序號(hào)1的1平均值為18ms、偏差為3.0ms，均小于序號(hào)2及3的平均值41.7ms和161ms及偏差11.2ms和91ms。后置射流點(diǎn)火具壓強(qiáng)開始下降且與前置射流點(diǎn)火具壓強(qiáng)上升曲線交點(diǎn)的1和1是火工品點(diǎn)傳火一個(gè)重要參數(shù)，1大小要合適，偏差越小點(diǎn)傳火性能越穩(wěn)定，1越小、偏差越小，點(diǎn)傳火性能越穩(wěn)定。數(shù)據(jù)表明，用前置、后置兩個(gè)裝填鋯系點(diǎn)火藥的射流點(diǎn)火具進(jìn)行點(diǎn)傳火，點(diǎn)傳火系統(tǒng)建壓迅速、一致性好、穩(wěn)定性強(qiáng)。

（2）序號(hào)1的最大平均壓強(qiáng)2為1.38MPa，從壓強(qiáng)開始上升到最大壓強(qiáng)的平均時(shí)間為52ms，最大壓強(qiáng)偏差和對(duì)應(yīng)時(shí)間偏差小，分別為0.14MPa和2.1ms。而序號(hào)2、3中用后置射流點(diǎn)火具（鎂系藥）點(diǎn)燃前置射流點(diǎn)火具（鋯系藥）或前置藥包，最大壓強(qiáng)平均值偏小，為0.58MPa，偏差為0.24MPa，或最大壓強(qiáng)平均值偏大7.59MPa，偏差為0.61MPa，從壓強(qiáng)開始上升到最大壓強(qiáng)的平均時(shí)間分別為226ms、偏差28ms和274ms、偏差86ms。數(shù)據(jù)表明，用前置、后置兩個(gè)鋯系藥射流點(diǎn)火具進(jìn)行點(diǎn)傳火，點(diǎn)傳火系統(tǒng)輸出壓強(qiáng)穩(wěn)定、作用時(shí)間長(zhǎng)短合適且穩(wěn)定，點(diǎn)燃火箭發(fā)動(dòng)機(jī)一致性好、穩(wěn)定性強(qiáng)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定。

3 結(jié)論

通過(guò)增程炮彈火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)傳火研究，得到結(jié)論如下：（1）后置射流點(diǎn)火具（鋯系藥）的射流時(shí)間、射流長(zhǎng)度、射流直徑等性能穩(wěn)定、可靠，特別是射流流量特性明顯，平均射流流量達(dá)到7.2g/s，具有顯著的射流點(diǎn)火特性。（2）用后置射流點(diǎn)火具（鋯系藥）點(diǎn)焰前置射流點(diǎn)火具（鋯系藥）進(jìn)行點(diǎn)傳火，具有顯著的射流點(diǎn)傳火特性，后置射流點(diǎn)火具壓強(qiáng)開始下降且與前置射流點(diǎn)火具壓強(qiáng)上升曲線交點(diǎn)的壓強(qiáng)大小合適，曲線交點(diǎn)時(shí)間為18ms，偏差只有3.0ms，點(diǎn)傳火平穩(wěn)、一致。（3）用前置、后置兩個(gè)鋯系藥射流點(diǎn)火具進(jìn)行點(diǎn)傳火，點(diǎn)傳火系統(tǒng)輸出壓強(qiáng)穩(wěn)定、作用時(shí)間長(zhǎng)短合適且穩(wěn)定，點(diǎn)燃火箭發(fā)動(dòng)機(jī)一致性好、穩(wěn)定性強(qiáng)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定。

[1] 劉君閣,甄家強(qiáng),齊忠良,等.射流點(diǎn)火具的設(shè)計(jì)與研究[J].火工品,2013(4):10-14.

[2] 馬龍澤,余永剛.底排點(diǎn)火具在大氣中燃燒火焰擴(kuò)展特性[J].含能材料,2017,25(12):983-990.

[3] 蔡瑞嬌.火工品設(shè)計(jì)原理[M].北京:北京理工大學(xué)出版社, 1999.

Study on Ignition and Burning Propagation of Rocket-Engine of Extended Range Projectiles

LIU Jun-ge，ZHAO Bian-ling，SUN Zhen-xing

(Liaoning North Huafeng Special Chemistry Co.Ltd.，F(xiàn)ushun，113003)

Aimed at the reliable and steady function of rocket engine, a kind of ignition and burning propagation technology based on jet igniter(charged Zr powder) was proposed, the whole system, propositive jet igniter, postpositive jet igniter, ignition, burning propagation and charge were designed, the tests of jet length, jet time, jet flow, static, dynamic, and——curves were also carried out. The results showed that the output performance of jet igniter(charged Zr powder) is stable, and has large jet flow, in the ignition and burning propogation system, the pressure of propositive jet igniter(charged Zr powder) can be established quickly, and has stable large jet flow, which would make the rocket engine work steadily.

Jet igniter；Ignition；Burning propagation；Jet flow；——curves

1003-1480（2018）06-0005-04

TJ45+4

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2018.06.002

2018-09-21

劉君閣（1960-），男，研究員級(jí)高級(jí)工程師，從事火工品技術(shù)研究工作。