原來固體火箭還有如此多的秘密!

昨天瀚海狼山(匈奴狼山)提到。雙脈沖2次點(diǎn)火的空空導(dǎo)彈技術(shù)先進(jìn)到違反固體導(dǎo)彈燃燒噴氣的基本原理,至今外界都搞不清楚是如何實現(xiàn)的雙脈沖點(diǎn)火。其實關(guān)于固體火箭發(fā)動機(jī),還有一些外界很少了解的秘密。固體火箭發(fā)動機(jī)一般由藥柱、燃燒室、噴管組件和點(diǎn)火裝置等組成。藥柱是由推進(jìn)劑與少量添加劑制成的中空圓柱體,中空部分為燃燒面,其橫截面形狀有圓形、星形、雪花片形等。中空部分越復(fù)雜,發(fā)動機(jī)點(diǎn)火以后的推力越均衡,當(dāng)然,也因為復(fù)雜構(gòu)型,在生產(chǎn)澆筑這些固體藥柱時,工藝和技術(shù)要求越高,最終就是成本更高,產(chǎn)品的單價更高。藥柱置于燃燒室,其實就是固體火箭發(fā)動機(jī)的殼體中。在推進(jìn)劑燃燒時,燃燒室須承受2500到3500攝氏度的高溫,和很高的內(nèi)在壓力。

所以需要根據(jù)固體火箭發(fā)動機(jī)的大小和工作時間差異。采取高強(qiáng)度合金鋼、鈦合金或強(qiáng)復(fù)合材料制造這些火箭發(fā)動機(jī)的外殼。由于金屬材料的外殼會對固體火箭發(fā)動機(jī)的重量指標(biāo),特別是關(guān)鍵的干質(zhì)比產(chǎn)生重大的影響,因此鋼外殼的固體火箭發(fā)動機(jī)雖然最堅固,但是同樣裝藥下射程會大大縮短。比如用一樣的工藝、一樣的裝藥發(fā)射同樣重量彈頭的導(dǎo)彈。鋼殼洲際導(dǎo)彈如果可以打到7000公里之外,那么換上最新的碳纖維外殼,可以直接增加射程到10000公里以上??梢娺@個結(jié)構(gòu)外殼是多么關(guān)鍵。另外在固體裝藥澆筑成型的藥柱和外殼之間,還必須有隔熱襯,這個也很關(guān)鍵。當(dāng)年超級大國的航天飛機(jī)固體火箭爆炸,就是和這些輔助系統(tǒng)出了問題直接有關(guān)。點(diǎn)火裝置用于點(diǎn)燃藥柱,通常由電發(fā)火管和火藥盒,裝黑火藥或煙火劑組成。

通電后由電熱絲先點(diǎn)燃黑火藥,再由黑火藥點(diǎn)燃藥柱?,F(xiàn)在固體火箭多采用是復(fù)合推進(jìn)劑,里面含有氧化劑、粘結(jié)劑、金屬燃料。通過點(diǎn)火裝置,使火箭燃燒室產(chǎn)生一定的高壓和高溫,達(dá)到推進(jìn)劑著火溫度,推進(jìn)劑開始快速反應(yīng),最終達(dá)到自持燃燒。噴管除使燃?xì)馀蛎浖铀佼a(chǎn)生推力外,為了控制推力方向,常與推力向量控制系統(tǒng)組成噴管組件。該系統(tǒng)能改變?nèi)細(xì)鈬娚浣嵌龋瑥亩鴮崿F(xiàn)推力方向的改變。藥柱燃燒完畢,發(fā)動機(jī)便停止工作。固體火箭發(fā)動機(jī)與液體火箭發(fā)動機(jī)相比較,工作時間短,加速度大,推力不易精準(zhǔn)控制;而且過去都不能二次啟動二次點(diǎn)火。但是固體火箭爆發(fā)力強(qiáng)大,耐長期儲存,因此多作為洲際導(dǎo)彈和大部分軍用導(dǎo)彈的發(fā)動機(jī)。小的固體火箭發(fā)動機(jī)可以一次性澆筑成型。而大的固體火箭發(fā)動機(jī)很難一次澆筑,因此多采用一截一截的澆筑然后再組裝。但是所有藥柱中間的燃燒孔是相通的,一旦點(diǎn)燃從上到下一起燃燒。

現(xiàn)在雖然流行NEPE,也就是高能硝酸酯增塑聚醚高能推進(jìn)劑,理論比沖最高。但是由于產(chǎn)量有限價格下不來,只有少數(shù)最新的洲際導(dǎo)彈和最強(qiáng)空空導(dǎo)彈等國之重器才采用NEPE燃料。大多數(shù)民用固體火箭和早期的導(dǎo)彈。還是用羥基聚丁二烯HTPB推進(jìn)劑,甚至還有更廉價的。多摻入18%左右的超細(xì)鋁粉。目前全球固體推進(jìn)劑的配方不下幾百種,狼山過去甚至都搗鼓出其中的一種,燃燒還很穩(wěn)定。如果做成大型導(dǎo)彈,打出去千把公里應(yīng)該沒問題。