点火建压过程对药柱结构完整性影响试验研究

王增辉，甘晓松，付 鹏，胡可心，王允勤，曲星云

(中国航天科技集团有限公司四院四十一所 燃烧、热结构与内流场重点实验室，西安 710025)

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固体火箭发动机点火过程中，其压强迅速在几十至几百毫秒内上升到6～10 MPa左右[1]。这一快速建压过程很容易导致发动机药柱、绝热层、包覆层等部件的相对结构关系发生变化，引起结构或界面损伤，导致发动机爆炸[2-4]。目前，研究人员通过数值模拟方法对发动机点火过程中药柱变形过程进行了大量研究[5-7]。文献[8]利用三维有限元方法对一种自由装填式固体火箭发动机药柱在低温点火整个过程中的温度场、总位移、等效应力和等效应变进行了数值仿真，分析了在工作过程中药柱的结构完整性。文献[9]对双脉冲发动机第Ⅱ脉冲点火瞬态过程的流场进行了数值分析，并进行了发动机第Ⅱ脉冲点火试验。文献[10-11]针对大长径比固体火箭发动机燃烧室内流场进行数值分析，研究了发动机内压强、温度随时间变化规律及发动机内燃气的流动特性。上述研究结果主要集中在药柱本身的结构变形或结构破坏，很少涉及点火建压过程对药柱结构损伤的影响。

美国NASA在《空间飞行器设计规范》[12]一文中指出，药柱结构及其界面损伤是导致发动机工作失败的主要原因。由于点火瞬间燃烧室内会产生大量的烟雾、高温高压燃气，使得直接在发动机点火过程中测试药柱、包覆层等结构变化变得困难重重，因此研究人员普遍采用冷态高压气体来模拟燃烧室内的建压过程。……