现代兵器固体火箭动力技术现状与展望

doi:10.3981/j.issn.2097-0781.2022.04.007

摘要/Abstract

摘要：

通过对国内外先进固体火箭发动机进行研究，从固体火箭发动机、固体火箭冲压发动机、膏体推进剂火箭发动机及旋转爆震发动机4个方面着手，总结与分析了国内外固体火箭发动机的技术特点及技术水平，提出了固体火箭发动机的技术发展方向及关键技术问题，探讨了解决关键技术问题的主要途径。

关键词: 火箭发动机, 推进剂, 多脉冲, 冲压发动机

Abstract:

This paper studies advanced solid rocket motors both in China and abroad and expounds on solid rocket motors, solid rocket ramjets, paste propellant-based rocket motors, and rotating detonation engines. In addition, the paper summarizes and analyzes the technical characteristics and level of solid rocket motors both in China and abroad and points out the technology development directions of solid rocket motors, as well as their key technical problems. Furthermore, the paper discusses the main approaches to solving these problems.

Key words: rocket motor, propellant, multiple-pulse, ramjet

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CHEN Xiong, XU Jinsheng. Development Status and Prospect of Solid Rocket Power Technology in Modern Weapons[J]. Science and Technology Foresight, 2022, 1(4): 99-112.

图/表 22

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氧化剂	氧含量/%	密度/（g·cm^-3）	产生气体量/[mol·（100 g）^-1]	生成热/（J·g^-1）
高氯酸胺	54.4	1.95	3.58	-2518.2
ADN	51.6	1.80	4.03	-1246.8
HNF	52.5	1.87	3.60	-393.3
AN	59.5	1.73	—	-4560.6
FDNEN	54.1	1.93	3.35	-1485.3
HN	50.5	1.65	4.49	-2221.7
HP2	55.1	2.21	3.40	-1238.4
HAP	59.7	2.12	3.55	-2079.4
八硝基立方烷	55.2	~2.00	—	730·0~1300.0

氧化剂	氧含量/%	密度/（g·cm^-3）	产生气体量/[mol·（100 g）^-1]	生成热/（J·g^-1）
高氯酸胺	54.4	1.95	3.58	-2518.2
ADN	51.6	1.80	4.03	-1246.8
HNF	52.5	1.87	3.60	-393.3
AN	59.5	1.73	—	-4560.6
FDNEN	54.1	1.93	3.35	-1485.3
HN	50.5	1.65	4.49	-2221.7
HP2	55.1	2.21	3.40	-1238.4
HAP	59.7	2.12	3.55	-2079.4
八硝基立方烷	55.2	~2.00	—	730·0~1300.0

分类		代表物质	特点
无铅双基系列推进剂		铋化合物、钡化合物、锡化合物、钍化合物及稀土化合物等与炭黑、铜盐等复合	提高燃速，降低压力指数，低毒性
TPE		环氧乙烷/四氢呋喃共聚醚-异佛尔酮二异氰酸酯-1,4-丁二醇（P(E-CO-T)-IPDI-BDO）预聚物的复合改性双基推进剂、聚叠氮缩水甘油醚（GAP）基含能热塑性聚氨酯弹性体	高能，低特征信号，热塑性好，可回收循环利用
绿色复合推进剂	含HCl清除剂的端羟基聚丁二烯（Hydroyl-Terminated Polybutadiene, HTPB）推进剂	在AP推进剂中添加硝酸钠（NaNO₃）、含能硝铵	通过化学反应清除氧化剂AP产生的HCl，有效降低HCl含量
	低HCl排放的HTPB推进剂	HTPB/AP/Al/HMX、HTPB/RDX、GAP/AN/ 1,2,4-丁三醇三硝酸酯（1,2,4-butanetriol trinitrate, 1,2,4-BTTN）、GAP/AN/三羟甲基乙烷三硝酸酯（Trimethylolethane trinitrate, TMETN）	显著降低燃烧产物HCl含量，提高推进剂比冲
	无HCl生成的HTPB推进剂	硝酸铵、二硝酰胺铵、硝仿肼替代氧化剂AP的推进剂	AN吸湿、点火能力不良，ADN成本高、稳定性差，HNF高能、不含Cl、产物无烟、几乎无污染性、具高比冲

分类		代表物质	特点
无铅双基系列推进剂		铋化合物、钡化合物、锡化合物、钍化合物及稀土化合物等与炭黑、铜盐等复合	提高燃速，降低压力指数，低毒性
TPE		环氧乙烷/四氢呋喃共聚醚-异佛尔酮二异氰酸酯-1,4-丁二醇（P(E-CO-T)-IPDI-BDO）预聚物的复合改性双基推进剂、聚叠氮缩水甘油醚（GAP）基含能热塑性聚氨酯弹性体	高能，低特征信号，热塑性好，可回收循环利用
绿色复合推进剂	含HCl清除剂的端羟基聚丁二烯（Hydroyl-Terminated Polybutadiene, HTPB）推进剂	在AP推进剂中添加硝酸钠（NaNO₃）、含能硝铵	通过化学反应清除氧化剂AP产生的HCl，有效降低HCl含量
	低HCl排放的HTPB推进剂	HTPB/AP/Al/HMX、HTPB/RDX、GAP/AN/ 1,2,4-丁三醇三硝酸酯（1,2,4-butanetriol trinitrate, 1,2,4-BTTN）、GAP/AN/三羟甲基乙烷三硝酸酯（Trimethylolethane trinitrate, TMETN）	显著降低燃烧产物HCl含量，提高推进剂比冲
	无HCl生成的HTPB推进剂	硝酸铵、二硝酰胺铵、硝仿肼替代氧化剂AP的推进剂	AN吸湿、点火能力不良，ADN成本高、稳定性差，HNF高能、不含Cl、产物无烟、几乎无污染性、具高比冲

纤维填料	份数	线烧蚀率/（mm·s^-1）	拉伸强度/MPa	拉断伸长率/%	密度/（g·cm^-3）
无	0	0.36	10.70	783	1.093
芳砜纶纤维	10	0.17	~7.7	~780	1.120
酚醛纤维	10	0.16	9.51	751	1.099
酚醛纤维	25	0.04	8.12	794	1.114
芳纶纤维	6	0.05	10	450	1.230