战术固体火箭发动机点火冲击试验研究＊

易 磊，寇军强，李卫鹏，邓 恒，陈敏芳

（中国兵器工业第203研究所，西安 710065）

0 引言

在固体火箭发动机的研制和生产过程中，需要对推进剂和装药设计进行原理性试验和地面静止、飞行试验，以检测固体火箭发动机和推进剂的性能指标。固体火箭发动机点火系统是造成不符合设计指标要求的主要问题之一。固体火箭发动机点火系统包括点火具结构、点火药包、点火头、喷管密封结构等。根据不同的固体火箭发动机，应通过不同条件的试验方法确定最佳的发动机主装药点燃工作参数，才能保证发动机的正常工作。发动机在点火工作瞬间会经受瞬态振动，这些瞬态振动会产生能量很高的冲击，构成对发动机及导弹的结构损伤。为了找出点火过载产生的原因及其大小的影响因素，文中在发动机总体设计、装药结构设计、推进剂设计一定的条件下，分别就不同点火药量、不同点火头、不同点火药粒度进行了点火试验分析，测试了发动机点火压强及过载的大小，对冲击响应频谱进行分析，从而找出发动机满足可靠点火时的最小过载状态，为固体火箭发动机的最佳点火的安全、可靠性提供了最佳参数。

1 发动机点火试验装置及试验方法

点火冲击是产生过载的直接原因，在点火瞬间点火药产生大量高温燃气冲击在装药表面，使装药及发动机壳体产生震动。本试验通过测试不同点火过程中发动机壳体过载的大小，对过载的影响因素进行分析，基本验证了不同点火状态下的冲击过载情况。

1.1 试验条件

根据所研制的固体火箭发动机的结构特点，试验发动机如图1所示，装药结构尺寸设计为与真实装药大小相同，采用不易燃烧材料的假药柱，以尽可能的模拟发动机工作时的真实状态。分别选择不同状态的点火头、点火药量以及点火药粒度，确定了多种不同的试验条件。

测试系统如图1所示，发动机后封头圆弧顶点处为测压处，振动传感器固定在发动机后封头壳体上，其上分布3个传感器，分别测试发动机3个方向的冲击加速度过载。

图1 测试用发动机及测试装置

1.2 试验方法

1）在发动机点火具结构、点火头类型、点火药粒度一定的条件下，根据试验要求，只改变点火药量，分别进行多次重复性试验，具体见表1。

表1 不同点火药量的试验

测量点火压强大小，测量点火过载响应试验曲线。将试验曲线处理出最大压力值、三向过载大小等结果。

2）在发动机点火具结构、点火药量一定的条件下，选择两种不同的点火头JA3和DD8进行多次试验，具体见表2。

表2 不同点火头的试验

测量点火喷管打开压力值大小，测量点火过载响应试验曲线。对两种状态下的结果进行对比分析。

3）在发动机点火具结构、点火头、点火药量一定的条件下，选择两种不同的点火药粒度进行多次试验，具体见表3。

表3 不同点火粒度的试验

其中，试验37～42是与试验19～24作比较，试验43～48是与试验25～30作比较。

测量点火喷管打开压力值大小，测量点火过载响应试验曲线。对几种状态下的结果进行对比分析。

2 发动机点火试验结果分析

本次试验共分为8种状态共计48次试验，按照试验编号，分别对每个试验曲线进行处理分析，得出各状态的过载均值及发动机内部最大压强均值，统计结果见表4。

由于试验数目较多，文中分别取出各种状态下的典型FFT图进行分析，具体见图2～图9。

表4 各状态试验结果

图3 JA3，4g2＃小黑＋7g高能

图4 JA3，10g2＃小黑＋10g高能

图5 DD8，4g2＃小黑＋4g高能

图6 DD8，4g2＃小黑＋7g高能

图7 DD8，10g2＃小黑＋10g高能

图8 DD8，4g1＃小黑＋4g高能

图9 DD8，4g3＃大黑＋7g高能

2.1 不同点火药量

总体来看在点火头相同、点火药粒度也相同的情况下，随着黑火药和高能点火药量的增加，过载逐渐增大，最大点火压强也逐渐升高。即使只增加高能点火药，过载和最大压强也会随之增加。

2.2 不同点火头

在点火药量相同、点火药粒度也相同的情况下，对比图2与图5、图3与图6、图4与图7可以看出，JA3和DD8两种点火头在点火冲击方面的差异不明显。

2.3 不同点火药粒度

在点火头和点火药量相同的情况下，对比图5与图8、图6与图9可以看出，点火药粒度越大时，对发动机的冲击过载也越大，相应的最大点火压强也较大。

从频谱分析图上可以看出，X向过载＞Y向过载＞Z向过载，X向振动最大振幅基本处于250～400 Hz之间。为了将点火头和点火药包分开考虑，特分析了具有明显双峰特征的工况，从X向频谱分析结果看，点火冲击过载主要来自点火药包，如果点火头起爆瞬间过载过大，此时点火头一般在高频段具有较大振幅；20 Hz附近的大振幅振动主要来自于点火药包，结合频谱图的其它信息，判断点火药包引起的振动主要在低频段。

3 结论

文中通过正确合理的选择固体火箭发动机点火系统试验参数进行了固体火箭发动机点火试验研究，最终的试验结果可以得出：点火冲击过载主要来自点火药包，在点火具结构不变的情况下，随着点火药量的增加，点火冲击过载也随着增大；在点火药量不变的情况下，随着黑火药粒度的增加，点火冲击也随着增加；JA3和DD8两种钝感点火头对点火冲击过载的影响不大，所以在保证可靠点火的情况下，尽可能采用小点火药量和小粒度点火药的点火方案，可以减小点火冲击过载。

［1］ 王元有.固体火箭发动机设计［M］.北京：国防工业出版社，1994.

［2］ 王翠荣，施广富，郭军.固体火箭发动机冲击信号响应谱分析［J］.固体火箭技术，2003，26（2）：57－60.

［3］ 张训文，崔进起，王丽萍.固体发动机点火控制技术研究［C］／／中国宇航学会固体火箭推进专业委员会第二十六届年会论文集.长沙：中国宇航学会，2009：1－4.