專利名稱：一種鋁膜隔板裝置及應用鋁膜隔板裝置的脈沖固體發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋁膜隔板裝置及應用鋁膜隔板裝置的脈沖固體發(fā)動機，屬于固體火箭發(fā)動機多次點火起動技術領域。
背景技術：
由于固體火箭發(fā)動機具有結構簡單、可靠性好等優(yōu)勢，在武器和航空航天領域得到了廣泛的應用。但與其他形式發(fā)動機相比，固體火箭發(fā)動機在能量管理上缺乏靈活性是極大的弱點。在戰(zhàn)術導彈中，一般的固體推進系統(tǒng)采用助推-巡航推進模式，即采用兩級發(fā)動機或單室雙推進發(fā)動機。這樣的推進模式從發(fā)射時刻起，導彈會一直加速直至發(fā)動機關機達到最大飛行速度，之后進入慣性飛行狀態(tài)。由于導彈的飛行阻力與其速度的平方成正比，因此，導彈達到最大速度后的慣性飛行會受到很大的阻力，造成能量的較大損失，降低了導彈的末速度和射程。此外導彈若采用兩級發(fā)動機進行推進，則其發(fā)動機分離裝置增加整體的復雜性和結構質(zhì)量。而采用單室雙推力發(fā)動機模式推進的導彈，其由于發(fā)動機續(xù)航段工作在非設計狀態(tài)，從而會產(chǎn)生一定的能量損失。在戰(zhàn)術導彈領域，由于高機動性、精確制導武器和防區(qū)外發(fā)射等空襲兵器的研制和發(fā)展，要求導彈具有反應快、射程遠和足夠的末速度性能。同時，戰(zhàn)術導彈的制導體制趨向與采用末制導方式，這要求導彈在接近目標時擁有高度的機動性，以便消除有制導段帶來的誤差。脈沖固體火箭發(fā)動機(Pulse Solid Rocket Motor)通過把連續(xù)的推力分配成兩段，可以按照制導的需要有序地控制推力的間歇性釋放，靈活地進行導彈飛行中的能量控制。通過控制兩次脈沖推力之間的點火時間，以及優(yōu)化各脈沖推力的形式，可避免導彈的飛行速度和氣動阻力的高峰值，使導彈飛行更遠的距離。采用這種推進方式的導彈具有更高的彈道機動性，有利于實現(xiàn)末段制導，具有更強大的攔截能力。故脈沖固體火箭發(fā)動機技術對于提高導彈武器的作戰(zhàn)能力具有重要意義。隔板裝置是脈沖固體火箭發(fā)動機實現(xiàn)多次脈沖工作功能的核心部件。北京理工大學驗證了具有中間噴管隔板裝置的脈沖固體火箭發(fā)動機；西北工業(yè)大學和上海新力動力設備研究所試驗了具有蜂窩狀的隔板裝置的脈沖固體火箭發(fā)動機；而西安航天四院四十一所實驗了采用柔性阻燃層作為隔板裝置的脈沖固體火箭發(fā)動機。但這些方案均具有一定不可克服的局限性，例如以上所述的前兩種隔板裝置存在工作性能隨機性大及發(fā)動機推力損失較大的缺點，而柔性阻燃層隔板裝置則需要采用特定的裝藥和點火器形式，對固體火箭發(fā)動機的總體設計限定較大。此外以上隔板裝置破裂后產(chǎn)生的碎片均是不易燒蝕殆盡的，對發(fā)動機工作有一定影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種具有單向破裂能力的鋁膜隔板裝置，以及應用鋁膜隔板裝置的脈沖固體發(fā)動機，鋁膜隔板裝置可被用于脈沖固體火箭發(fā)動機，作為其實現(xiàn)多次起動點火功能的核心部件。—種鋁膜隔板裝置，包括隔板支架、鋁膜隔板和擋圈；隔板支架中心設有圓形的凹槽，凹槽的中心部分設有鏤空通孔，通孔之間形成十字支撐架，鋁膜隔板中部設有十字刻痕，十字刻痕與十字支撐架相對應，檔圈為圓環(huán)結構， 鋁膜隔板位于隔板支架的圓形的凹槽中，十字刻痕與十字支撐架對齊，檔圈壓在隔板支架上，檔圈與隔板支架固定連接。本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)隔板裝置工作性能穩(wěn)定可靠，結構緊湊，隔板材料廉價易得并且加工簡易，適用于雙脈沖固體火箭發(fā)動機；(2)隔板裝置破裂產(chǎn)生的碎片(鋁合金碎片)極易燒盡，不會影響發(fā)動機工作；(3)隔板裝置設計簡單、實用，可根據(jù)發(fā)動機要求的性能參數(shù)迅速確定陶瓷隔板零件的基本結構設計；(4)鋁膜隔板裝置的使用對采用的裝藥和點火器形式無特殊限定，從而賦予脈沖固體火箭發(fā)動機總體設計極大靈活性，可直接借用現(xiàn)有常規(guī)固體火箭發(fā)動機的成熟設計以降低技術風險，特別有利于應用于各種固體推進戰(zhàn)術導彈。


圖1是本發(fā)明鋁膜隔板裝置的結構示意圖；圖2是本發(fā)明鋁膜隔板裝置的固定示意圖；圖3是本發(fā)明的脈沖固體發(fā)動機的結構示意圖<圖中
I"隔板支架 4-沉頭螺釘 7-隔板熱防護層 10-第一脈沖點火器 13-第二脈沖燃燒室殼體
2-鋁膜隔板 5-擋圈
8-第一脈沖燃燒室殼體 11-噴管
14-第二脈沖點火器

字支撐架 102-隔板支架的螺紋孔 201-鋁膜隔板的十字刻痕 501-擋圈的沉頭孔
3-支架熱防護層 6-密封0圈 9-第一脈沖藥柱 12-第二脈沖藥柱 101-隔板支架的十
具體實施例方式下面將結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。采用鋁膜隔板裝置的脈沖固體發(fā)動機一般將兩級獨立的固體推進劑藥柱一前一后地裝填在燃燒室內(nèi)，兩級藥柱共用同一噴管。而鋁膜隔板裝置位于兩級藥柱之間，將兩級藥柱分隔開。當脈沖固體發(fā)動機工作時，第一級藥柱首先點燃工作，此時鋁膜隔板裝置不會破裂，將第二級藥柱與高溫燃氣分隔開；而后第二級藥柱點燃工作，此時鋁膜隔板裝置破裂，使第二脈沖藥柱可以正常工作。鋁膜隔板裝置的破裂時刻可根據(jù)發(fā)動機需要靈活控制。鋁膜隔板裝置的基本功能表述如下在朝向第一脈沖藥柱的一側，鋁膜隔板裝置可持續(xù)承受高溫、高壓；而在朝向第二脈沖藥柱的一側，鋁膜隔板裝置在承受較小的壓強時即會破裂開。
為實現(xiàn)以上功能，本發(fā)明提出的一種脈沖固體火箭發(fā)動機的鋁膜隔板裝置，如圖1 所示，主要包括剛性的隔板支架1、柔性的鋁膜隔板2和擋圈5。如圖2所示，剛性的隔板支架1為近似扁平的圓盤狀，隔板支架1中心設有圓形的凹槽，凹槽的中心部分設有四個四分之一圓面積的鏤空通孔，從而通孔之間形成十字支撐架101，在隔板支架1凹槽外圍的圓周部分，設有一圈螺紋孔102。柔性的鋁膜隔板2也為近似扁平的圓盤狀，中部設有十字刻痕201，十字刻痕201與十字支撐架101的大小及尺寸相對應，鋁膜隔板2的周長與隔板支架1圓盤中心的圓形凹槽相同。檔圈5為原環(huán)結構，中空的面積小于隔板支架1中心圓形凹槽的面積，檔圈5上有一圈沉頭孔501，數(shù)量和間距與隔板支架1的螺紋孔102相同。如圖1所示，鋁膜隔板2位于隔板支架1的圓形的凹槽中， 十字刻痕201與十字支撐架101對齊，檔圈5壓在隔板支架1上，沉頭孔501與螺紋孔102 通過沉頭螺釘4連接。隔板支架1為主要的承力結構，其余零件均安裝固定在隔板支架1 上。鋁膜隔板裝置進行設計時，可通過調(diào)節(jié)設計參數(shù)，如鋁膜隔板2的尺寸、隔板支架 1的十字支撐架101的面積以及鋁膜隔板的十字刻痕201的深度等，以滿足不同的力學性能要求。此外隔板支架1上的鏤空部分面積需要保證大于脈沖固體火箭發(fā)動機的噴管喉部面積，以防止燃氣在該處發(fā)生壅塞。如圖1所示，為防止鋁膜隔板2在破裂前被高溫燃氣損毀，組裝好的鋁膜隔板2和檔圈5的表面粘貼有隔板熱防護層7，隔板熱防護層7起阻絕熱量的作用。此外隔板支架1 的表面也粘貼有支架熱防護層3，支架熱防護層3替鋁膜隔板2抵御高溫燃氣的沖刷燒蝕。 隔板支架1和鋁膜隔板2之間設有密封0圈6，用于密封的縫隙，防止發(fā)動機燃氣在鋁膜隔板2破裂之前通過鋁膜隔板裝置。進行裝配固定時，如圖2所示用擋圈5將鋁膜隔板2壓緊在隔板支架1上，鋁膜隔板2遮擋住了隔板支架1的鏤空部位，然后用沉頭螺釘4穿過擋圈的沉頭孔501和隔板支架的螺紋孔102，并擰緊，將擋圈5及鋁膜隔板2壓緊固定在隔板支架1上。隔板支架1 中心部分有鏤空的通孔，在鋁膜隔板2破裂后通過燃氣，鏤空后剩下的部分呈十字形，形成隔板支架1的十字支撐架101。鋁膜隔板2上加工有十字刻痕201。裝配時，鋁膜隔板的十字刻痕201必須與隔板支架的十字支撐架101對齊。而且裝配時，將鋁膜隔板裝置中隔板支架1十字支撐架101的一側朝向第二脈沖固體藥柱，鋁膜隔板2 —側朝向第一脈沖藥柱， 使鋁膜隔板2僅會在第二脈沖固體藥柱點燃后受壓破裂。零件材料方面為保證強度及耐熱，隔板支架1可采用合金鋼作為材料。鋁膜隔板 2為滿足機械加工性能和一定的強度要求，宜采用硬鋁合金作為材料。支架熱防護層3和隔板熱防護層7材料可采用三元乙丙橡膠，若脈沖固體發(fā)動機工作時間較長，可換用碳纖維耐燒蝕材料。密封0圈6材料為耐高溫硅橡膠。工作過程脈沖固體發(fā)動機工作期間，當鋁膜隔板裝置承受來自圖1右側的壓力時，鋁膜隔板2受到隔板支架1的十字支撐架101的支撐和約束。并且由于鋁膜隔板2的十字刻痕201與隔板支架1的十字支撐架101相對齊，十字刻痕201此時亦不會在鋁膜隔板2上形成易破裂的薄弱部位。因此鋁膜隔板2不會破裂。而當鋁膜隔板裝置承受來自圖 1左側的壓力時，鋁膜隔板2則沒有支撐和約束，瞬間即會產(chǎn)生極大的拉伸形變。此外由于十字刻痕201的存在，鋁膜隔板2上形成易破裂的薄弱部位。因此鋁膜隔板2極易破裂。當鋁膜隔板2破裂后，燃氣即可由隔板支架2上的鏤空部分通過鋁膜隔板裝置。本發(fā)明提出的應用鋁膜隔板裝置的脈沖固體發(fā)動機，如圖3所示，包括第一脈沖燃燒室殼體8、第一脈沖藥柱9、第一脈沖點火器10、噴管11、第二脈沖藥柱12、第二脈沖燃燒室殼體13和第二脈沖點火器14，第一脈沖藥柱9位于第一脈沖燃燒室殼體8內(nèi)，第二脈沖藥柱12位于第二脈沖燃燒室殼體13內(nèi)，鋁膜隔板裝置1-7安裝在第一脈沖藥柱9和第二脈沖藥柱12之間，將二者分隔開，并且鋁膜隔板裝置1-7有隔板支架1的十字支撐架101 的一側朝向第二脈沖藥柱12。第一脈沖燃燒室殼體8與第二脈沖燃燒室殼體13采用螺紋聯(lián)接，第一脈沖燃燒室殼體8的頭部連接噴管11，兩個燃燒室與兩個藥柱共用噴管11，第一脈沖燃燒室殼體8頭部設有第一脈沖點火器10，用于第一脈沖藥柱9實現(xiàn)點火工作，第二脈沖燃燒室殼體13的尾部誰有第二脈沖點火器14，用于第二脈沖藥柱12實現(xiàn)點火工作。在第一脈沖藥柱9工作階段，鋁膜隔板2不會破裂，將第二脈沖藥柱12與燃氣隔絕開；當?shù)诙}沖藥柱12點火后，鋁膜隔板2迅速破裂，容許燃氣順利通過鋁膜隔板裝置， 從噴管11排出。
權利要求
1.一種鋁膜隔板裝置，其特征在于，具有單向破裂特性，用于實現(xiàn)脈沖固體發(fā)動機的多次起動功能，主要包括隔板支架、鋁膜隔板和擋圈；其中隔板支架中心設有圓形的凹槽，凹槽的中心部分設有鏤空通孔，通孔之間形成十字支撐架；鋁膜隔板被置于隔板支架的圓形的凹槽內(nèi)，鋁膜隔板中心加工有十字預置刻痕， 十字預置刻痕與隔板支架的十字支撐架相對齊；檔圈為圓環(huán)結構，鋁膜隔板被檔圈壓緊固定在隔板支架上，檔圈與隔板支架之間通過沉頭螺栓固定連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種鋁膜隔板裝置，其特征在于，所述的隔板支架和鋁膜隔板均為扁平的圓盤狀。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種鋁膜隔板裝置，其特征在于，所述的凹槽中心部分的通孔為四個四分之一圓面積的鏤空通孔。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種鋁膜隔板裝置，其特征在于，所述的隔板支架凹槽外圍的圓周部分，設有一圈螺紋孔，檔圈上有一圈沉頭孔，數(shù)量和間距與隔板支架的螺紋孔相同，沉頭孔與螺紋孔通過沉頭螺釘連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種鋁膜隔板裝置，其特征在于，所述的隔板支架上的鏤空通孔部分面積大于應用本裝置的脈沖固體火箭發(fā)動機的噴管喉部面積。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種鋁膜隔板裝置，其特征在于，所述的鋁膜隔板和檔圈的表面粘貼有隔板熱防護層，外隔板支架的表面粘貼有支架熱防護層，隔板支架和鋁膜隔板接觸部分之間設有密封0圈。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種鋁膜隔板裝置，其特征在于，所述的鋁膜隔板裝置裝配時，隔板支架的十字支撐架一側朝向第二脈沖固體藥柱，鋁膜隔板一側朝向第一脈沖藥柱， 使用時鋁膜隔板裝置具有單向破裂特性在朝向第一脈沖藥柱一側可承受較高壓力而不破裂，而在承受第二脈沖藥柱一側的壓力后則會迅速破裂。
8.根據(jù)權利要求1-7任意一項所述的一種鋁膜隔板裝置，其特征在于，所述的隔板支架的材料采用合金鋼，鋁膜隔板的材料采用硬鋁合金；支架熱防護層和隔板熱防護層的材料采用三元乙丙橡膠或者碳纖維耐燒蝕材料；密封0圈的材料為耐高溫硅橡膠。
9.應用權利要求1的一種脈沖固體發(fā)動機，其特征在于，包括第一脈沖燃燒室殼體、第一脈沖藥柱、第一脈沖點火器、噴管、第二脈沖藥柱、第二脈沖燃燒室殼體和第二脈沖點火器；第一脈沖藥柱位于第一脈沖燃燒室殼體內(nèi)，第二脈沖藥柱位于第二脈沖燃燒室殼體內(nèi)，鋁膜隔板裝置安裝在第一脈沖藥柱和第二脈沖藥柱之間，將二者分隔開，并且鋁膜隔板裝置有隔板支架的十字支撐架的一側朝向第二脈沖藥柱；第一脈沖燃燒室殼體與第二脈沖燃燒室殼體通過螺紋連接，第一脈沖燃燒室殼體后封頭連接噴管，第一脈沖點火器安裝在第一脈沖燃燒室內(nèi)，通過噴管接入，用于點燃第一脈沖藥柱；第二脈沖點火器安裝在第二脈沖燃燒室殼體的前封頭上，用于點燃第二脈沖藥柱。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁膜隔板裝置及應用鋁膜隔板裝置的脈沖固體發(fā)動機，鋁膜隔板裝置采用柔性的鋁膜隔板作為破裂元件，配合具有十字形支撐結構的鏤空的隔板支架，在得到隔板支架支撐的方向鋁膜隔板可以承受較大壓力而不破裂；而在無隔板支架支撐的方向，柔性的鋁膜隔板則極易破裂。將鋁膜隔板不會破裂一側朝向第一脈沖藥柱，可使鋁膜隔板在發(fā)動機的第一脈沖藥柱燃燒期間不破裂，從而保護發(fā)動機的第二脈沖藥柱。當?shù)诙}沖藥柱點燃后，鋁膜隔板迅速破裂，使得燃氣可通過鋁膜隔板裝置。本發(fā)明具有工作性能穩(wěn)定可靠，隔板材料廉價易得并且加工簡易等優(yōu)點。鋁膜隔板裝置破裂產(chǎn)生的碎片不會影響發(fā)動機工作，并且對采用的裝藥和點火器形式無特殊限定。
文檔編號F02K9/32GK102168631SQ201110093428
公開日2011年8月31日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權日2011年4月14日
發(fā)明者劉亞冰, 劉宇, 曹熙煒, 王長輝 申請人:北京航空航天大學