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国外导弹固体动力技术发展动态

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2.2 固体火箭发动机材料技术

1 纤维缠绕复合材料大幅提升固体发动机壳体结构性能

目前,几乎所有的燃烧室壳体结构复合材料是通过连续增强纤维/树脂基体复合缠绕而成的。碳纤维复合材料具有较高的刚性和较低的热膨胀系数且与绝热层之间的粘接性能好,作为固体发动机壳体材料具备很大的优越性,属于第3代复合材料,将成为未来主流固体发动机的增强复合材料。

碳纤维复合材料可用于新型陆基机动固体洲际导弹一、二、三级发动机壳体、新一代中程地地战术导弹发动机壳体。如美国“侏儒”小型地对地洲际弹道导弹三级发动机燃烧室壳体由IM-7碳纤维/HBRF-55A环氧树脂缠绕制作;三叉戟(D5)第一、二级固体发动机壳体采用碳/环氧制作,其性能较凯芙拉/环氧提高30%;“爱国者”导弹及其改进型发动机壳体开始采用D6AC钢,到“PAC-3”导弹发动机上已经采用了T800纤维/环氧复合材料;美国陆军负责开发的一种新型超高速导弹系统中的小型动能导弹(CKEM)壳体采用了T1000碳纤维/环氧复合材料。

2 重点研究树脂基体材料改性,以获得更高性能复合材料

树脂基体在壳体复合材料中不仅起包裹增强纤维材料并把它们粘合在一起的作用,而且具有支撑和稳定又细又长的纤维柱,防止它们相互滑移和磨损的作用。当壳体复合材料受载时,载荷通过在复合材料界面施加剪应力的方式从基体转移到纤维,基体起到传载荷和均衡载荷的作用。同时基体的重要性还在于它将本身固有的耐腐蚀、耐气候、耐热、耐燃、电性能等性能转赋于壳体结构复合材料,是固体火箭发动机壳体满足各项性能要求。

在固体火箭发动机结构材料的聚合物树脂基体中,较为常用的有:环氧树脂基、酚醛基、聚酰亚胺(较为常用的双马树脂)等。近期,随着固体火箭发动机结构材料的高性能化,越来越多的研究集中在如何对上述树脂的改性,以期获得更好性能的复合材料。

2.3 固体推进剂技术

固体推进剂是一种具有特定性能的含能复合材料,是导弹、空间飞行器的各类固体发动机的动力源。固体推进剂技术是武器装备的共用技术、支撑技术,也是制约技术。其性能优劣直接影响到战略和战术导弹的生存能力和作战效能。

1 燃烧可控固体推进剂技术军事应用前景广阔

智能弹药、动能拦截弹等新型弹药的飞速发展,要求固体推进系统具备推力可调整、能多次熄火/启动等功能,以完成智能打击、机动飞行、轨道定位、姿态调整等任务。传统的固体推进剂一旦点火后,就难以控制或改变推进性能;目前常用的通过快速降压实现固体火箭发动机熄火的方式,则存在操作灵活性差、会严重损坏发动机、剩余固体推进剂无法可控燃尽等不足。为此,美国国防部、NASA、防务公司、高校等机构近年来持续推进燃烧可控固体推进剂技术的研发,成功推出了在较宽压力范围内燃烧可控的固体推进剂,并已在小型发动机上成功验证。

燃烧可控固体推进剂技术一方面能提高智能增程弹药的灵活推进与远程精确打击能力,另一方面能满足动能拦截弹转向与姿态控制系统对于固体火箭发动机多次熄火和再启动的要求,提高动能拦截弹的快速机动能力,减小其地面或空中探测和追踪系统的导航误差,提高拦截效率。由于燃烧可控固体推进剂技术适用于所有固体火箭发动机,所以只需对现有发动机系统进行简单改进即可,未来具有较大的军事应用前景。

2 先进高能固体推进剂配方研究逐步提高推进剂能量水平

NEPE高能固体推进剂是公开报道已获得应用的能量最高的固体推进剂。在NEPE高能固体推进剂研究的基础上,国外近年来广泛开展了新的高能固体推进剂配方探索研究,主要集中在含能粘合剂/新型氧化剂/Al体系。在这类推进剂研究中,含能粘合剂以叠氮粘合剂为典型代表,氧化剂则以CL-20、ADN、HNF等为代表。

针对先进高能固体推进剂配方探索研究,国外近期将主要立足于NEPE推进剂能量再提高,采取的主要技术途径为GAP/NE/CL-20/AP/Al推进剂体系、GAP/HNF/Al推进剂和CH聚合物/ADN/AlH3推进剂等;中期将主要立足于笼形富氮张力环化合物、氟氮或氟氨化合物的成功应用,能量比NEPE高10%左右;远期将立足于激发态、亚稳态和原子簇、分子簇化合物的成功应用,能量水平较NEPE 推进剂显著提高。

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