[發明專利]長時間工作的固體火箭發動機及其長尾噴管

在審

• 申請號: 202211345759.4
• 申請日: 2022-10-31
• 公開（公告）號: CN115450798A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 鄭才浪;賴謀榮;金蔚;湯浩;仲偉;姜立東
• 申請（專利權）人: 北京中科宇航技術有限公司
• 主分類號: F02K9/97
• 分類號: F02K9/97;F02K9/08
• 代理公司: 北京卓特專利代理事務所(普通合伙) 11572
• 代理人: 段旺

本申請涉及固體火箭發動機技術領域，尤其涉及一種長時間工作的固體火箭發動機及其長尾噴管，包括：長尾噴管殼體、收斂等直段絕熱層、背襯、前碳環、喉襯、后碳環和堵蓋。本申請可以長時間保證長尾噴管的喉部面積，還大幅度提升了熱防護能力，確保了工作可靠性，得以使其工作時間達到200s以上。

技術領域

本申請涉及固體火箭發動機技術領域，尤其涉及一種長時間工作的固體火箭發動機及其長尾噴管。

背景技術

固體火箭發動機結構簡單、維護方便、可靠性高、操作簡便，被廣泛應用于導彈動力系統中。噴管是固體火箭發動機的能量轉換裝置，它能夠使高溫高壓燃氣的熱能轉換為動能，從而產生推力。長尾噴管，就是在常規拉瓦爾噴管中間某一恰當位置加入一段等截面的長直管，長尾噴管可以用在采用了固體火箭發動機、機動性要求高的戰術導彈上。一方面，通過采用等截面的長直管可以留出導彈控制系統部件的安裝空間；另一方面，可以將固體火箭發動機的質心向前移動，同時可使采用了固體火箭發動機的導彈的質心位置在飛行過程中的變化盡量小，便于對導彈控制。

由于噴管/長尾噴管的主要作用有以以下幾個方面：a)通過喉部面積控制高溫高壓燃氣的流量，使固體火箭發動機的燃燒室內的高溫高壓燃氣保持預定壓力，并保持燃燒室內裝藥的正常燃燒；b)將高溫高壓燃氣的熱能轉化為動能，實現導彈飛行所需推力；c)承受固體火箭發動機工作期間燃氣的高溫、高壓。因此，噴管/長尾噴管長時間工作在高溫高壓的環境下，其工作環境十分惡劣。

然而，由于長尾噴管長時間工作在高溫高壓的環境下，因此需要對長尾噴管的壁面溫度進行嚴格控制，以保證安裝至長直管四周的導彈控制系統部件能夠正常工作。同時，由于長尾噴管增加了等截面的長度，高溫高壓燃氣在長尾噴管內部流動時間也變長，因此，相對于常規噴管，長尾噴管的喉部面積的保持和熱防護的難度更大。為了保證長尾噴管的喉部面積在長時間高溫高壓燃氣的沖刷下基本保持不變，目前位于噴管內的喉襯通常采用難熔金屬(例如：鎢滲銅)制作，但是這類材料往往傳熱系數非常大，從而對長尾噴管的熱防護要求更加嚴苛，這樣才能為導彈控制系統部件提供適合的工作環境。目前，現有的長尾噴管的工作時間通常在100s左右，這難以滿足對于需要更長時間(200s以上)的巡航導彈的要求。

有鑒于此，為進一步拓寬固體火箭發動機的用途，如何使得固體火箭發動機的工作時間在200s以上，是目前本領域技術人員需要解決的技術問題。

發明內容

本申請提供了一種長時間工作的固體火箭發動機及其長尾噴管，可以長時間保證長尾噴管的喉部面積，還大幅度提升了熱防護能力，確保了工作可靠性，使其工作時間可以達到200s以上。

為解決上述技術問題，本申請提供如下技術方案：

一種長時間工作的固體火箭發動機的長尾噴管，包括：長尾噴管殼體、收斂等直段絕熱層、背襯、前碳環、喉襯、后碳環；后碳環具有貫通兩端的后碳環安裝噴氣孔；喉襯具有貫通兩端的喉襯噴氣孔，喉襯插入并固定至后碳環安裝噴氣孔的前段，并且喉襯的材質為鎢滲銅，后碳環的熱導率低于喉襯的熱導率；前碳環具有貫通兩端的前碳環噴氣孔，前碳環的后段插入并固定至喉襯噴氣孔的前段，且使前碳環的前段的外表面與后碳環的前段的外表面接觸，以通過前碳環和后碳環將喉襯進行包裹，并且前碳環的熱導率低于喉襯的熱導率；背襯具有貫通兩端的背襯安裝孔，前碳環和后碳環攜帶喉襯插入并固定至背襯安裝孔內，并且使位于后碳環的外表面上的后碳環隔熱槽容納空氣，背襯插入并固定至長尾噴管殼體的后段，并且使位于背襯的外表面上的背襯隔熱槽容納空氣；收斂等直段絕熱層具有貫通兩端的收斂段絕熱層噴氣孔，收斂等直段絕熱層插入并固定至長尾噴管殼體的前段，并且收斂等直段絕熱層的后端面與背襯的前端面和前碳環的前端面接觸固定。

如上所述的長時間工作的固體火箭發動機的長尾噴管，其中，優選的是，后碳環安裝噴氣孔的前段的直徑由前至后減小，后碳環安裝噴氣孔的后段的直徑由前至后增大；喉襯的外徑由前至后減小，以安裝于后碳環安裝噴氣孔的前段。