固体火箭发动机简图（浇注）
1—顶盖；2—点火装置；3—燃烧室壳体；4—药柱； 5—底盖；6—喷管；7—石墨衬套；8—堵盖。
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5.1 燃烧室设计
燃烧室的用途： 平时贮存推进剂、 点火装置等； 工作时密封高温高压气体。 基本要求： 在刚度和强度足够时，应尽量减轻质量； 比强度高 燃烧室与战斗部及喷管的连接要可靠，同轴性好； 连接部位密封性要好。
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尾翼式火箭弹燃烧室壳体壁厚计算
（a）按厚壁圆筒
2 ri2 pm r 1 e t 2 应力分布： re ri2 r2 2 ri2 pm r r 2 2 1 e2 re ri r

σx σr σt σr
b 0.74t 0.2
2 2 用第三强度理论： 3 M
0 .7
锯齿形螺纹：h 0.35t
梯形螺纹： h 0.25t 0.25 b 0.65t 0.13
n 1.5n 4 展开长度： l n t 考虑受力不均匀，两端倒角等因素，实际圈：
σt
ri re
z
ri 2 p m re2 ri2
燃烧室壳体应力分布图
re ——燃烧室壳体外半径; K p p m50C K p =1.1～1.2 ——燃烧室计算压强, 其值 p m pm 1 Ab 0 0 1 n p m 50C p eqk 40C 1 30 p1 1 60 p 2
dPm F 1 n d1b 2 4nb
M
h 3dPm 2nb 2
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三角形螺纹：h 0.325t b 0.875t
M 0.637
dPm nt dP 0.286 m nt dPm nt dP n 0.7 m t
δ
φ0
b
α
R 或a
R
R0
R0i
1.椭球形：组成：半个椭球形+高度为h的圆筒 形状如图所示 Di m pm 厚度计算公式： m——椭圆比
m 4 p m
m a/b R/b
经验公式：
Di pm K 2 p m
k——形状系数
m2 2 k b
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Δc
De ——外径的下偏差值； Di ——内径的上偏差值；
ri
min——强度计算的最小壁厚；
re
re Δc
1 De Di c 2
δ c1
δ c2
ri
D i/2
可能不满足强度要求
D i/2
燃烧室图纸尺寸 ( De图 Di图 ) / 2 c min
可见： t z r 用第四强度理论：
4
1 2
t z 2 z r 2 r t 2
re2 re2 ri2 [ ]
4 3 pm
min re ri ri 1 或 3 pm
z
rav 2 min
t z r
ri ri pm 2 pm min / 2 2.3 pm 2 / 3 pm
s / n s
=0.9～1，焊缝修正系数
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1 4 t2 z2 t z 2
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M
M W
2
h
b
M ( Fh) / n
W
db
6
d d1 h 2 2
——牙根抗弯截面系数
F n
t
π d1
螺纹展开图
b ——牙根宽度
M
h 3d 2 Pm M 6 Fh W nd1b 2 2nd1b 2
对中大口径火箭： d1 d2 d 剪切力：
（4）燃烧室壳体强度校核
安全系数：
P 破坏载荷 壳体破坏压力 b 最大实际载荷 Pm 室内最大实际压力
下限为安全性界限 上限为强度储备界限
由经验选取
按薄壁筒： p b b
3
2
n 1
c0
rav
n
c0 min
E：弹性模量
壳体初始壁厚
n：材料的应变强化指数 ，由下式计算： 0.2 0.002 E b n
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5.2 喷管设计
作用： 由燃气热能和压力势能转换成流动动能 要求： （1） 工作可靠，耐高温高压气流冲刷与烧蚀； （2） 效率高，摩擦、散热、扩散损失小； （3） 推力偏心小； （4）质量轻； （5）工艺性好。 结构选择、尺寸设计、热防护 设计任务：
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5.2.1 喷管结构形式选择
n s =1～1.15 ，安全系数
D e/2 δ c3 re
D e/2
c min
ri
c ——内外圆心最大偏心距，
通常取 c e / 2
燃烧室的壁厚与公差
用焊接： c min n m
n ——板材厚度的负公差值; m ——热处理中所损失的总厚度。
注意：退刀槽 产生应力集中
min re ri re 1
3 pm
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若
re min 则 (re ri ) / 2 re
由
re2 2 2 4 3 pm re ri
σx σr σt σr
σt
ri re
得
min
re 3 pm re ri 2
燃烧室壳体应力分布图
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（b）按薄壁筒
t
rav
min
pm
r pm
min
pm
忽略 r
re re pm 2 pm / 2 2.3 pm 2 / 3 pm
1 3 2 1——连接底；2——壳体；3——后封头
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焊接结构
1
2
3
1——连接底；2——壳体；3——后封头
2）纤维缠绕结构：比强度高，加工复杂、成本高 用高强度纤维在芯模上缠绕而成 不能加工螺纹，用金属环作为连接件
1——金属连接环；2——垫块；3——金属端环；4，8——高硅氧模压封头 5——玻璃纤维布；6——隔热层；7——玻璃纤维；9——金属环；10——模压件
当m=2时，连接底和燃烧室等强度
h
Di
ρ
ρi
h
Hi
H
b
δ
2.碟形：组成：球冠+过渡圆弧+圆柱 形状如图所示 R 2 碟形与椭球形等强度的条件： m
1 两者之间的参数关系： sin 0 2m 2
H1 b
1
m 1
R0 1 1 2 2 1 m 1m 1 1 R m 2
来源广，价格好。
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种类及特性
1）金属：（a）优质碳素钢 （b）合金结构钢 （c）高强度铝合金
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种类及特性
2）复合材料：各种异性材料
基本材料：玻璃纤维
碳纤维、硼纤维 粘接材料：环氧树脂
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（3）燃烧室壳体壁厚计算 主要任务 按强度要求确定燃烧室壁的厚度20Leabharlann 6/10/9对钢材u=0.3
R 2 0.34Pm
R2 0.34Pm
2

边缘处：

考虑周边并非固支，燃烧室有变形及受热
2
t r
3u R Pm 4 2 3 R r Pm 4
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壳体强度试验
水压试验： Ph 1.1 ~ 1.25Pm
th 30s
用探伤仪检查表面疵病
用x光检查内部夹杂
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5.1.2 连接底设计
类型：平板、曲面
要求：①强度足够，质量轻 ②密封，隔热性能好 ③和战斗部、燃烧室壳体谅解同轴性好 ④结构工艺性好
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（1）平板连接底
优点：加工简单，轴向长度小 缺点：质量大 假设：①受力均匀 ②为周边固支圆薄板
8 R2 1 pm 应力： r t 2 3 z pm R:受压面积半径
z r t 忽略 z
按第二强度理论：圆心处
2 r t z r t


碟形连接底壁厚，按椭球形设计 R R 设计方法：先按椭球形设计，求得m、H、 然后用上三式确定 0 、 、 0
P
R
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5.1.3 燃烧室内壁的隔热与防护
内绝热层一般有两种类型：
1）对装药自由装填式的发动机由于燃气直接与燃烧室壳体内壁接 触，因此要涂耐热绝热层； 耐热绝热涂料一般由耐热材料、粘结剂和工艺辅助剂等组成。 2）而对铸装式发动机则是消融绝热层，它是通过绝热层材料的相 变（熔化、蒸发和升华）和高温分解吸收燃气传递来的大量热量而 达到绝热作用的 。 消融绝热层是以石棉、二氧化硅和碳黑等作填料，以丁腈橡胶 （ＮＢＲ）、丁苯橡胶（ＳＢＲ）、丁羧橡胶（ＣＴＰＢ）和丁丙 橡胶（ＰＢＡＡ）以及酚醛树脂、苯胺树脂和糠酮树脂－丁腈橡胶 等作粘结剂。
A bk
r ——燃烧室壳体径向距离;
ri ——燃烧室壳体内半径;
跳动系数
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r 、 t 最大， z 为常量 由上式可知：在r=ri处，
∴ t
re2 ri 2 r ri