| 单词 | 固体火箭发动机 |
| 释义 | 【固体火箭发动机】 拼译：solid-Propellant rocket motor 又称固体推进剂火箭发动机，是目前使用最广泛的一种化学火箭发动机。固体火箭发动机是一种喷气推进装置，其特点是利用自身携带的固体火箭推进剂作为工质、并利用推进剂的化学能作为能源而产生推力。固体火箭发动机不依赖周围环境介质，因而可以在真空环境中工作，这个特点正是宇宙航行所必需的。 固体火箭技术的起源和发展与固体火箭推进剂的发明和发展密切相关。黑火药(由硝石、硫黄和炭组成)是最早期的固体火箭推进剂。据考证，黑火药的发明起源于本草学和炼丹术。中国史书记载，最迟在唐朝初年，中国就已发明了黑火药。唐初医药学兼炼丹家孙思邈所著的《丹经内伏硫磺法》中，已记载有黑火药的配方、制作方法和特性。固体火箭技术也起源于中国。宋朝年间(公元960～1279年)宋人利用黑火药制成的固体火箭，不仅用于节日焰火娱乐，也用于军事行动。黑火药火箭用于战争的最早实例是宋高宗绍兴三十一年(1611)宋人与金人之间的战争，宋人发射了固体火箭武器“霹雳炮”。这种炮点火升空，降落水中仍继续跳动。以后，中国的固体火箭技术西传欧洲，至19世纪欧洲国家也将黑火药火箭用于军事。从中国的古代火箭开始、到19世纪欧洲人将固体火箭用于战争，是固体火箭技术发展的第1阶段。这阶段固体火箭的推进剂是能量很低的黑火药，火箭的制作技术比较原始，发射精度也不高。20世纪30年代，硝化甘油无烟火药问世，发明了无烟的双基固体推进剂。固体火箭推进剂技术的突破，使固体火箭发动机的发展进入第2阶段。双基固体火箭推进剂由两个基本的组元(硝化棉和硝化甘油)组成，少量的附加成分用以改善制作工艺、安全和燃烧等性能。硝化棉被硝化甘油塑化，形成一种均质的固体推进剂。在此时期，前苏联和德国利用双基推进剂生产了大量的近程野战火箭弹，其中前苏联的“喀秋莎”火箭就是典型代表。但是双基推进剂的能量也不够大，远远低于同期发展的液体火箭推进剂的能量。固体火箭技术新的突破发生在1944年，美国研制成功了浇铸成型、内孔燃烧的复合固体火箭推进剂的药柱。这一成就成为现代固体火箭发动机发展的起点。从此固体火箭技术进入了蓬勃发展的第3阶段。复合固体火箭推进剂由氧化剂、金属燃料和高分子粘结剂为基本组元所组成，此外加入少量添加剂以改善推进剂的各种性能。其中氧化剂(例如过氯酸铵等)和金属燃料(例如铝粉等)都是细微颗粒，共同作为固体含量充填于粘结剂(例如端羟基聚丁二烯等)的基体之中，形成一个具有一定机械强度的均匀混合体。由于采用了能量较高的复合固体推进剂，缩短了固体火箭与液体火箭推进剂能量的差距。内孔燃烧浇铸成型的药型的诞生，为制造大尺寸大推力、长时间工作的发动机和质量轻的燃烧室壳体提供了技术保障。美国航天飞机的单台固体火箭助推器的推力达到12000kN(约1224t力)，工作时间约120s。固体火箭发动机的工作过程由固体推进剂药柱的点火过程和燃烧过程以及燃气在喷管内的流动过程等组成。发动机由固体推进剂药柱、燃烧室、喷管组件和点火装置等构成。推进剂药柱可用双基推进剂或复合推进剂等制成，装填或直接浇铸在燃烧室中。燃烧室是贮存并燃烧药柱的组件，发动机工作时，它承受高温(2500～3550K)和高压(1×106～2×107Pa或10～200标准大气压)燃气的作用。因此它通常由比强度很高的金属(例如高强度钢或钛合金)或复合材料(例如玻璃纤维、有机纤维－环氧树脂)制成，为了与燃气隔离在壳体内壁粘贴一层隔热层。燃烧室壳体是火箭或导弹弹体的一部分。使用贴壁浇铸药柱的燃烧室，往往在隔热层固化后再喷涂一薄层衬层，以增加隔热层与药柱间的粘接力。自由装填药柱的燃烧室中还有挡药板等固定装置。喷管是燃气膨胀加速的地方，加速后的燃气以几倍于声速的速度喷出发动机，产生反作用推力。喷管有潜入式和非潜入式两种形式。为了控制推力方向，喷管常和推力矢量控制系统构成喷管组件。为了增大高空工作时的喷管面积比，可采用可延伸的出口锥。固体火箭发动机的喷管都是不冷却的，内壁选用耐高温或耐烧蚀的材料，外壳用高强度钢或铝合金及玻璃钢等制成，内壁与外壳之间常选用隔热材料作为夹层。点火装置用于点燃药柱，通常由电发火管和点火药盒组成。大型固体火箭发动机中，用于点火的另一个小型固体火箭发动机称为点火发动机。从60年代开始，固体火箭发动机一直处于蓬勃发展的状态，在推进剂性能、结构材料和发动机构造设计等方面都有重大进展。固体推进剂由聚氨酯、聚丁二烯、交联双基发展到新型的端羟基聚丁二烯复合推进剂和硝酸酯增塑聚醚推进剂；壳体材料由高强度低合金钢发展到有机纤维－环氧树脂的复合材料，喷管喉部材料采用三向碳－碳复合材料；推力矢量控制机构由偏转环、摆动喷管、二次喷射发展到全轴摆动的柔性喷管；固体火箭发动机的比冲和推质比等性能参数都有很大提高。固体火箭发动机具有其他动力装置无法比拟的优点，例如结构简单、工作可靠、维护容易、使用方便、可以长期待命、有事立即发射、有利于战备等。因此目前各类战术导弹和战略导弹多以固体火箭发动机充当动力装置。不仅如此，固体火箭发动机在航天事业中也得到广泛使用。例如它可用作大型运载火箭和航天飞机的助推发动机；航天飞行器的近地点、远地点加速发动机、变轨发动机和再入体返回降落的制动发动机以及座舱的逃逸发动机等。由于它能在外层空间环境中长期贮存，有令立即发射，因而它在未来的卫星－太空站防御体系中也会得到进一步的发展和应用。当前固体火箭发动机正向着如下方向发展：研制和使用新型的固体火箭推进剂，进一步提高比冲，扩大燃速范围，减少排气烟雾；采用新型材料，改进结构设计，减轻结构质量、提高工作可靠性；降低生产成本、缩短生产周期，实现设计－生产一体化。中国于50年代末开始研制固体火箭发动机，并已取得世界瞩目的成就。中国研制的现代固体火箭发动机已成功地应用在探空火箭、导弹、航天器和运载火箭上。【参考文献】：1 中国大百科全书(航空航天卷)，19852 李宜敏，张中钦，等．固体火箭发动机原理．北京：航空航天大学出版社，19913 陈汝训，等．固体火箭发动机设计与研究．北京：宇航出版社，19914 萨登G P著．火箭发动机，王兴甫，等译．北京：宇航出版社，19925 阿列玛索夫B E，等著．火箭发动机原理．张中钦，等译．北京：宇航出版社，1993(北京航空航天大学张中钦教授撰) |
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