主題: 聊聊固体火箭发动机的推进剂 作者: peter 於 2021-04-29 11:13:57 http://www.360doc.com/content/19/1018/00/37844335_867530013.shtml
二战期间,大名鼎鼎的喀秋莎火箭炮使用的BM-13系列火箭弹的推进剂就采用了无烟火药,或者更精确地说是硝化纤维推进剂。 硝化棉是一种纤维状的物质,很难做成固定形状的弹体装药,人们用粘稠的硝化甘油做增塑剂和硝化棉混合在一起便形成了双基推进剂。在很长一段时期内,双基推进剂都是固体火箭发动机的主要原料。 硝化棉和硝化甘油本身都既包含氧化剂的成分又包含燃烧剂的成分。硝化棉有点儿富燃(燃烧剂的成分多一些),硝化甘油则有点儿富氧(氧化剂的成分多一些)。 原本它们两个的配合是比较理想的。但是,随着人们对发动机性能要求的日益提高,这个经典搭配能够产生的比冲已渐渐不能满足人们的需要(比冲是一个描述火箭发动机性能的重要物理量,其定义为单位重量的推进剂能够带来的动量的改变量。相同重量的燃料,比冲越高,能够提供给的动量越大。) 经过小火箭的计算以及以若干型号为算例的验证,可以得出以下结论: 中程弹道导弹的固体推进剂的比冲每提高1秒,射程会增加70千米左右。 对于洲际导弹而言,每1秒的比冲增量则可以增加约100千米的射程)。 工程师们开始为提高推进剂的比冲想尽办法。 于是,被称作“无烟火药”的硝化棉及其搭档硝化甘油 1936年,美国加州理工学院的冯·卡门博士(钱学森的导师)尝试用无机氧化物高氯酸钾和有机物沥青制作推进剂,开启了复合推进剂时代。随后,各种高氯酸物开始成为推进剂的主角。其中,容易制取、价格低廉的高氯酸铵是早期烟雾制造者的代表。 高价态的氯元素使其成了一种天生的强劲氧化剂 燃烧剂的选取是比较随意的,但是为了把药柱制成各种几何形状,这种以高氯酸铵为氧化剂的推进剂还需要充当粘合剂的物质。在导弹(或火箭)飞行的过程中,气动加热会使壳体的温度迅速升高,而固体药柱的导热性则远逊于金属壳体。 这样的温度差异使得药柱与壳体之间产生了拉应力, => 如果粘合强度不够的话,药柱可能会提前剥离。 高聚物在这时进入了人们的视野。它们含有大量的C、H等元素,可以充当燃烧剂, 因为聚硫橡胶中含有大量硫原子,其燃烧产物的分子量较大,能量较低,所以这种推进剂早已被淘汰。 促成其淘汰的另一个可能的原因是:在燃烧过程中,如果氧平衡没能很好地实现,这种推进剂会产生令人印象深刻的黑烟 == SRB use 高氯酸銨 https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%AB%98%E6%B0%AF%E9%85%B8%E9%93%B5 發動機推進劑由高氯酸銨(氧化劑,占69.6% 質量),鋁(燃料,16%),鐵氧化物(催化劑,0.4%),聚合物(如PBAN和HTPB,作粘合劑,次級燃料,12.04%),環氧樹脂(固化劑,1.96%)組成。這種推進劑亦稱高氯酸銨組合推進劑(APCP)。用這種推進劑海平面比沖為242秒,真空比沖268秒 |