２００８年第４期　２　０　０　８年８月　航空兵器　

ＡＥＲ０　ＷＥＡＰ０ＮＲＹ　２００８　Ｎｏ．４　

Ａｕｇ．２００８　

某固体火箭发动机用电点火具装药结构设计　黄少波　，陈红俊　（１．中国空空导弹研究院，河南洛阳．４７１００９；２．８０４厂，西安７１００００）　摘要：基于Ｂ／ＫＮＯ，点火药的特性，采用三种不同药型的点火具装药进行对比试验和分析，　并针对电点火具的性能指标要求，分别对传火药、过渡药、点火药环进行了计算和设计，确定了适　用于某固体火箭发动机用电点火具装药的药型。　关键词：固体火箭发动机；电点火具；点火药　中图分类号：ＴＪ７６Ｏ．３　３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—５０４８（２００８）０４—００４８—０４　

Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｉｇｎｉｔｅｒ　Ｃｈａｒｇｅ　ｆｏｒ　ａ　Ｓｏｌｉｄ　Ｒｏｃｋｅｔ　Ｍｏｔｏｒ　ＨＵＡＮＧ　Ｓｈａｏ—ｂｏ　，ＣＨＥＮ　Ｈｏｎｇ－ｊｕｎ　（１．Ｃｈｉｎａ　Ａｉｒｂｏｒｎｅ　Ｍｉｓｓｉｌｅ　Ａｃａｄｅｍｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ　４７１００９，Ｃｈｉｎａ；２．ＮＯ．８０４　Ｆａｃｔｏｒｙ，Ｘｉ’ａｎ　７１００００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｂ／ＫＮＯ３　ｆｉｒｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｔｈｒｅｅ　ｉｇｎｉｔｅｒｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｈａｒｇｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｒｅ　ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　ｔｅｓｔｅｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ　ａｉｍｅｄ　ａｔ　ｔｈｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｉｇｎｉｔ—　ｅｒ，ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｒｅ　ｍａｄｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｉｇｎｉｔｉｏｎ　ｃｈａｒｇｅ，ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ　ｃｈａｒｇｅ　ａｎｄ　ｉｇｎｉｔｅｒ　ｃｈａｒｇｅ　ｒｉｎｇ，　ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｃｈａｒｇｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｉｇｎｉｔｅｒ　ｆｏｒ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｓｏｌｉｄ　ｒｏｃｋｅｔ　ｍｏｔｏｒ　ｉｓ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｏｌｉｄ　ｒｏｃｋｅｔ　ｍｏｔｏｒ；ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｉｇｎｉｔｅｒ；ｉｇｎｉｔｅｒ　ｃｈａｒｇｅ　

Ｏ　引　言　某型固体火箭发动机装药采用了新型高能量　密度的复合固体推进剂，这种固体推进剂能量密　度大，但其活化能高、感度较低，对起始反应条件　要求苛刻，不易被点燃。针对该发动机的点火发动　机采用丁羟基复合推进剂的特性，与之配套研制　电点火具装药，采用了Ｂ／ＫＮＯ，高能点火药而不是　传统的黑火药作为电点火具的输出装药。黑火药　和Ｂ／ＫＮＯ　点火药的相关参数对照见表１。　表１　黑火药和Ｂ／ＫＮＯ　点火药的主要参数对照　Ｂ／ＫＮＯ，作为点火药具有显著的优点，燃烧热　收稿日期：２００７—０７—１６　作者简介：黄少波（１９６９一），男，湖南常德人，高级工程　师，研究方向是固体火箭发动机。　值高，点火能力强，比较钝感，能够保证生产、加　工、后勤以及使用的安全。因此，美军标ＭＩＬ—ＳＴＤ　１９０１Ａ把Ｂ／ＫＮＯ　作为火箭发动机直列式点火系　统用典型点火药。Ｂ／ＫＮＯ　点火药作为点火具输出　装药的研究，国内开展得相对较少，另外受点火具　外形尺寸及结构的限制，输出药只能装在　ｑｂ２８　ｍｉｌｌ×８　ｍｍ的空间内。由于装药空间小，为快速　点燃点火发动机装药，对电点火具提出的强点火和　高输出精度要求，成为电点火具设计工作的难点。　

１　Ｂ／ＫＮＯ　点火药药型的确定　对于Ｂ／ＫＮＯ　点火药来说，药型不同，其燃烧　特性也不同。在电点火具研制过程中，采用高速摄　影仪、光电传感器、密闭爆发器，对不同药型装药　的电点火具进行了对比测试，以确定最佳药型。　１．１药型及燃烧特性　ＷＪ２４９７规范中列出了Ｂ／ＫＮＯ　点火药四种药　型，本研制工作选择了其中三种具有代表性的药　型，分别是快速燃烧型的粒状药、减面燃烧型的柱　

维普资讯 http://www.cqvip.com 黄少波等：某固体火箭发动机用电点火具装药结构设计　·４９·　状药和近似等面燃烧的环状药。　（１）粒状药　Ｂ／ＫＮＯ　点火药是由硼粉和硝酸钾两个组份经　机械混合后，加入粘合剂造粒而成的高能微气体　点火药，按照ＷＪ２４９７规范将Ｂ／ＫＮＯ，粒状药按粒　度大小不同，分为８个等级。　Ｂ／ＫＮＯ　粒状药火焰感度较高，易被点燃，燃　速快。在燃烧过程中，放出大量的热量，产生很多　灼热固体粒子，其热值一般大于６　２７０　Ｊ／ｇ。　在一定的压强下，Ｂ／ＫＮＯ　粒状药快速燃烧，释　放大量的热量和固体灼热残渣，一般在５瞄内完成。　（２）柱状药　柱状药是采用湿压的方法将Ｂ／ＫＮＯ，粒状药　按照一定工艺条件制成特定尺寸和特定密度的一　种药型。该药型比粒状药的火焰感度低，相对难以　点燃，需用同种或其他种类散装形式点火药作为　过渡药，使Ｂ／ＫＮＯ　点火药柱在短时间内达到稳定　燃烧。柱状药的密度在１．６～１．８　ｇ／ｅｍ　范围内时，　燃烧性能较稳定，燃烧时由外向内，由表及里逐层　平行进行。由于柱状药的燃烧面随着反应的进行　而逐渐减小，属减面燃烧，在点燃点火发动机装药　的过程中，前期点火能量释放最快，随后逐渐减　少，直至点火药柱燃烧殆尽。　（３）环状药　环状药是采用湿压的方法将Ｂ／ＫＮＯ　粒状药　按照一定工艺条件制成特定尺寸和特定密度的一　种药型。它在很多方面与柱状药相同，不同的是在　外径和长度相同的情况下，环状药的初始燃面比　柱状药大，而且环状药在燃烧过程中，燃烧面相对　稳定，近似为等面燃烧。在点燃点火发动机装药的　过程中，点火能量释放相对较快，持续平稳。　１．２对装药的点燃特性　Ｂ／ＫＮＯ　点火药的粒状药、柱状药和环状药－二　种药型燃烧特性有很大的差异，因此，对不同的点　火发动机装药存在相对的适配性，．Ｂ／ＫＮＯ　粒状药　燃烧速度快，将大量的高温燃气和Ｉ士ｌ体灼热粒子　喷向点火发动机装药的表面，并嵌入推进剂叶Ｉ形　成热点，从而点燃点火发动机，它适合于感度相埘　较高、在短时间内达到发火点的推进剂，缺点是可　能造成推进剂点火初期有较高的压强峰；Ｂ／ＫＮＯ　柱状药和环状药，燃烧速度相对较慢，虽然有一定　量的灼热固体粒子飞向推进剂表面，但能量的输　出形式主要是火焰，且火焰的持续时间较长，通常　可持续７０～１２０　ｍｓ，它们能够点燃感度较低的复　

合固体推进剂装药，尤其是环状药，火焰持续不断　地将热量传递给推进剂，能快速地将点火发动机　装药点燃，且不会产生较高的压强峰。　１．３对比试验　将质量相同的粒状药、柱状药和环状药装配　成电点火具，进行对比试验。　ａ．火焰形状对比试验。用高速摄影仪对分别装　有相同质量的粒状药、柱状药和环状药的电点火具　的火焰形状进行拍摄。拍摄的画面显示，三种装药　的火焰形状均呈子弹头状，粒状药的火焰最长（约　３００　ｍｍ），有明显的正在燃烧的粒子的进发轨迹，柱　状药和环状药差异不大，火焰长度约１５０　ｍｉｌｌ。　ｂ．用光电传感器检测三种不同装药的电点火　具发火后火焰的持续时间。检测结果表明，粒状药、　环状药、柱状药的平均燃烧持续时间分别为６　ｍｓ、　２０　Ｉｌｌｓ、５０　ｍｓ。　ｃ．用密闭爆发器测试三种不同药型装药电点　火具发火后的Ｐ—ｔ曲线，见图１、图２、图３。　

一　

口匝亟圃　图ｌ粒状药Ｐ—ｔ曲线　

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维普资讯 http://www.cqvip.com 航空兵器２００８年第４　５Ｏ·　

口　器嚣　茹　叫　间比环状药长，环状药的能量释放比牧刊　。　Ｌ４　是点燃某空空导弹固　量　季荔喜　釜　毳羡　蒹　

誉　翟　薯　毫　籀　黧　寰　惹　雯　纛　嚣　

灼热芸　柱状药和环状药的燃烧待珙州　’　龛　嚣喜釜　初始燃面大，能量释放相对集甲划　’　伺　

２一ｔ　，电点火具必须集瞬时点　莲　

喜火黧　；　羹　兽　喜　：　板，输出点火能量。电点火具绍　不思吲州　

薏　譬　黧，　喜　茹　鬟　律，而且因为电点火管的输出能萤饷　、’付　

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支　充满了点火药环的四周，将电息火　目刚　

初始点火面积　２　喜　罢銎器中进行　

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维普资讯 http://www.cqvip.com 黄少波等：某固体火箭发动机用电点火具装药结构设计　·５１·　２．４输出盖板孔数和单孔面积　输出盖板是电点火具的重要组成部分，它一　方面营造点火药环的燃烧环境，以便点火药环以　定的速度稳定燃烧，另一方面决定电点火具喷　向点火发动机装药的火焰温度、压强以及正在燃　烧的粒子的比例。　根据电点火具战技指标要求，并结合发动机　系统匹配点火的试验，确定输出盖板的孑Ｌ数和单　孑Ｌ面积。　２．５匹配试验　采用该输出装药结构设计后，消除了采用粒状　药点火的点火发动机延迟点火现象，解决了点火发　动机丁羟复合装药难以快速点火的问题，通过了后　续的发动机地面验证试验、设计定型试验及定型后　批产使用，无一台发动机出现点火延迟故障。　３热通量分析　点火具输出装药设计的最终要求是为了达到　发动机一次可靠点火，固体火箭发动机的点火是　通过点火剂向推进剂表面热能的传递而实现的，　可以用热通量（Ｈｅａｔ　ｆｌｕｘ，也就是单位时间内，通过　单位面积所传递的热量，单位为Ｗ／ｍ　）来表述。总　热通量由辐射分量、对流分量、传导分量三种分量　组成，据Ｉ．Ｅ．Ｓｍｉｔｈ和Ｋ．Ｍ．Ｓｉｄｄｉｑｕｉ所进行的热通　量测量数据，很明显，由于粒子碰撞带来的对流和　传导是发动机点火期间从点火药向推进剂热传递　的两个最主要形式，辐射分量对于长发动机来说　是极其微小的，在发动机点火的最初１０　ＩｌｌＳ期间，　粒子热通量和平均对流热通量是几乎相等的。事　实上，除了从喷管逸出的粒子外，１　ｇ　Ｂ／ＫＮＯ　点　火药燃烧时就有４×１０　粒子冲击粘在推进剂表　面，它们和对流热通量一起提供了一个稳定的热　量传递基础，所以固体火箭发动机的点火引燃位　置多半将出现在这些能源点上。　发动机热通量及其在空间和时间上的变化在　发动机长度、排气通道与喷管喉部面积比等参数　确定后，主要与点火具的点火剂配方、药量和输出　方式有关。例如发动机吸收的总热量与点火药量　成直线关系，这个关系持续到最高峰值，超过这个　峰值，热通量的增加和点火药量的增加就不成比　例关系了，这是因为增多的未燃烧物，大部分通过　喷管排出了。　目前只能定性地分析点火具的热通量，如果　今后能够采用多个热通量计直接对点火具进行热　通量测量，结合点火理论的发展研究点火过程，有　可能代替发动机匹配试验或减少发动机匹配试验　数量，同时为发动机设计者提供点火剂热传递方　面的数据。