[發明專利]一種低易損固體火箭發動機殼體結構

在審

• 申請號: 202011257531.0
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112431691A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 吳才錦;劉建偉;李娟;袁清泉;王領;梁生云
• 申請（專利權）人: 西安長峰機電研究所
• 主分類號: F02K9/34
• 分類號: F02K9/34;F02K9/32;F02K9/96
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

本發明提供了一種低易損固體火箭發動機殼體結構，包括殼體、纏繞層和密封塞，所述的殼體上開有若干貫通殼體內外的窗口，所述的密封塞與窗口配合，通過包覆于殼體外的纖維復合材料纏繞層將密封塞封閉在窗口中；當發動機受熱且溫度超過設定溫度，纏繞層損毀，密封塞被殼體內壓力推動，窗口打開。本發明無需采用檢測和驅動機構即可實現密封塞開啟泄壓的操作；密封塞開啟無金屬碎片飛出；殼體上開孔較寬，工藝易于實現，同時降低裂紋擴展風險。

技術領域

本發明涉及火箭發動機領域，尤其是一種當火箭發動機受到外部刺激導致內部壓強升高或內部壓強因不明原因異常升高時能快速釋放內部壓強的殼體結構。

背景技術

當固體火箭發動機儲藏過程中遇到火災等情況導致環境溫度超過推進劑自然溫度時，金屬殼體內的推進劑藥柱會發生自燃，但此時發動機的金屬殼體強度幾乎不受影響，因此發動機殼體內壓力快速上升，導致爆炸，對周圍環境產生破壞。

經查新，低易損殼體結構技術在國內外都有一定研究，并取得相應成果。美國專利US3052091給出了一個密封塞裝置，用于封堵發動機上的開孔結構，密封塞裝置外部由兩個半圓形殼體組成，由爆炸螺栓固定到位。當爆炸螺栓引爆時，兩個半圓形殼體分離，密封塞被發動機燃燒室壓力推出，開孔外露，發動機壓力急速下降。美國專利US5166468描述了一種降低固體火箭發動機易損性的技術，在發動機上安裝有一組熱電偶以及一個電子微電路，如果熱電偶探測到發動機周圍起火，電子微電路立即觸發安裝于發動機結構上的火工裝置，開啟密封塞以泄壓。該技術存在兩個缺點，其一是需要采用體積較大、結構較為復雜的檢測和驅動機構，因此容易發生故障；其二是密封塞及其固定夾具多為金屬制造，存在安全隱患。

此外，有一種依靠纏繞侵有樹脂或以樹脂為基的纖維來增強其內部結構的復合結構固體火箭發動機。法國專利FR2606082介紹了上述復合結構的固體火箭發動機，該發動機的內部結構由兩個半圓管形組成，其上環向纏繞纖維層，其內部結構可承受發動機工作時的縱向力，外部纖維層承受內壓。歐洲專利EP0559436也給出了一種可降低固體火箭發動機易損性的復合結構，該發動機的金屬殼體上開有多個窄槽，其上纏繞著侵有基體樹脂的纖維增強層。如果發動機遇到火災，其外部的纖維增強層首先受熱并損毀，如果火勢繼續蔓延導致推進劑自然，則原本只能承受軸向力的金屬殼體就會變形，使得燃氣經由窄縫排出，從而防止發動機內部壓力過大。但采用該技術發動機殼體上開多個狹型槽，加工不便，工藝性差，有撕裂殼體的風險。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種低易損固體火箭發動機殼體結構，在金屬殼體上加工出窗口，外面纏繞纖維，當遇到火災或高溫時，外部的纖維層迅速損毀，推進劑燃燒產生的高溫氣體從窗口排除，消除發生爆炸的風險，實現固體火箭發動機的低易損性。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種低易損固體火箭發動機殼體結構，包括殼體、纏繞層和密封塞。

所述的殼體上開有若干貫通殼體內外的窗口，所述的密封塞與窗口配合，通過包覆于殼體外的纖維復合材料纏繞層將密封塞封閉在窗口中；當發動機受熱且溫度超過設定溫度，纏繞層損毀，密封塞被殼體內壓力推動，窗口打開。

所述的殼體內表面覆蓋有絕熱層。

所述的殼體上所有窗口的過流面積之和大于等于噴管喉道面積的十倍。

所述的窗口為長圓孔，長軸方向平行于殼體軸向。

所述的窗口沿周向均勻分布在殼體表面，排列成一個環或若干個環。

所述的窗口在殼體表面排成不超過三個環，每個環沿周向均布不超過八個窗口，窗口為長圓孔，在一個長邊長為L的矩形兩端分別連接一個半徑為R的半圓形，相鄰兩個環之間的軸向距離大于等于(L/2)；半徑R的取值為發動機殼體直徑的(5/100)～(30/100)。

所述的絕熱層和密封塞采用相同材料或不同的兩種材料，若是兩種不同的材料，絕熱層和密封塞的材料相容。