第1章 绪论 1
1.1 喷气推进装置的分类 1
1.1.1 吸气式发动机 2
1.1.2 火箭发动机 2
1.1.3 组合发动机 3
1.2 固体火箭发动机的基本结构与特点 5
1.2.1 固体火箭发动机的基本结构 5
1.2.2 固体火箭发动机的特点 8
1.3 固体火箭发动机工作过程及主要性能参数简介 9
1.3.1 固体火箭发动机的工作过程 9
1.3.2 主要性能参数简介 10
1.4 固体火箭推进技术的发展与应用 11
1.4.1 固体火箭推进技术的发展简史 11
1.4.2 我国现代固体火箭推进技术的发展 13
1.4.3 固体火箭推进技术的应用与发展现状 15
第2章 固体推进剂、绝热层、衬层 23
2.1 概述 23
2.2 各类固体推进剂的性能特点 24
2.2.1 双基推进剂 24
2.2.2 复合推进剂 25
2.2.3 改性双基推进剂 26
2.2.4 微烟、少烟推进剂 27
2.3 复合固体推进剂的性能预示 30
2.3.1 能量特性 30
2.3.2 燃速特性 36
2.3.3 力学性能 40
2.3.4 药浆流变性能 42
2.4 复合固体推进剂配方设计 44
2.4.1 黏合剂、氧化剂、金属添加剂选择 45
2.4.2 主组分最佳含量 49
2.4.3 固化体系 50
2.4.4 固化参数 53
2.4.5 键合剂 54
2.4.6 增塑剂 57
2.4.7 工艺助剂 59
2.4.8 燃速调节剂 59
2.4.9 氧化剂的粒度与级配 62
2.4.10 铝粉粒度 67
2.4.11 防老剂 68
2.5 燃速与力学性能的控制技术 70
2.5.1 燃速控制 70
2.5.2 力学性能控制 73
2.6 绝热层 76
2.6.1 绝热层的性能要求 76
2.6.2 绝热层的分类 77
2.6.3 绝热层配方设计 79
2.6.4 绝热层烧蚀率测试 83
2.7 衬层 85
2.7.1 衬层的性能要求 86
2.7.2 衬层的配方组成 86
2.7.3 界面黏结技术 88
2.7.4 衬层药柱界面防迁移技术 90
第3章 固体火箭发动机装药设计 91
3.1 推进剂型号与装药药型的选择 91
3.1.1 推进剂选择 91
3.1.2 装药药型的选择 95
3.2 单孔管状药的装药设计 96
3.2.1 装药尺寸与设计参量的关系 96
3.2.2 不同约束条件下的装药设计方法 101
3.3 星孔药的装药设计 108
3.3.1 装药尺寸与设计参量的关系 108
3.3.2 星孔装药设计方法 118
3.4 轮孔药的装药设计 122
3.4.1 装药尺寸与设计参量之间的关系 122
3.4.2 轮孔装药设计方法 128
3.5 复合药型装药设计 131
3.5.1 变截面星孔装药设计 131
3.5.2 双燃速推进剂装药设计 135
3.6 装药的包覆 139
3.6.1 包覆层的主要功能 140
3.6.2 包覆材料的选择 140
3.6.3 包覆的工艺方法 142
3.7 装药结构完整性设计 143
3.7.1 固体推进剂黏弹性力学特征 144
3.7.2 描述固体推进剂力学性能的几种本构模型 145
3.7.3 推进剂力学性能的温度效应 149
3.7.4 固体推进剂药柱载荷分析 151
3.7.5 推进剂药柱的破坏分析 153
第4章 燃烧室壳体设计 157
4.1 概述 157
4.2 燃烧室壳体结构 157
4.2.1 圆筒段结构 157
4.2.2 封头结构 159
4.2.3 连接结构 159
4.2.4 密封结构 160
4.2.5 挡药板设计 161
4.3 燃烧室壳体壁厚的确定 162
4.3.1 筒体壁厚的确定 162
4.3.2 封头壁厚的确定 166
4.3.3 带椭球封头的壳体应力分析 168
4.4 燃烧室壳体爆破压强 171
4.5 壳体安全系数与可靠性概率 172
4.6 燃烧室壳体低应力破坏 173
4.7 纤维缠绕壳体设计 175
4.7.1 纤维缠绕壳体壁厚计算的假设 175
4.7.2 纤维缠绕壳体壁厚计算 175
第5章 喷管设计 179
5.1 概述 179
5.2 喷管结构设计 179
5.2.1 喷管材料选择 179
5.2.2 型面设计 180
5.2.3 喷管热防护设计 187
5.2.4 喷管壳体设计 189
5.3 喷管的特征参数与气动计算 190
5.4 喷管中两相流动 192
5.4.1 一维两相平衡流动 192
5.4.2 一维两相常滞后流动 193
5.5 长尾管设计 194
5.5.1 长尾管长度限制 195
5.5.2 长尾管计算 195
5.5.3 长尾管热防护设计 196
5.6 推力矢量控制 197
5.6.1 对推力矢量控制的要求与方案比较 197
5.6.2 几种推力矢量控制系统 198
5.7 推力终止装置设计 201
5.7.1 推力终止原理与反推力 201
5.7.2 推力终止机构 201
第6章 点火装置设计 204
6.1 概述 204
6.2 点火装置设计依据 204
6.3 点火装置分类及选择 205
6.4 发火管选择 207
6.5 烟火剂点火器 209
6.5.1 点火药的种类 209
6.5.2 点火药量计算 210
6.5.3 药盒设计 212
6.6 点火发动机 213
第7章 固体火箭发动机的性能参数 215
7.1 推力、推力系数和特征速度 215
7.1.1 推力的基本公式 215
7.1.2 真空推力和最佳推力 218
7.1.3 推力系数 220
7.1.4 特征速度和等效排气速度 225
7.1.5 推力的影响因素 227
7.2 总冲和比冲 228
7.2.1 总冲 229
7.2.2 比冲 229
7.2.3 比冲的影响因素 231
7.3 火箭的理想飞行速度 233
7.3.1 变质量系统的运动方程 233
7.3.2 火箭的理想飞行速度 234
7.3.3 火箭的最大理想飞行速度 235
7.3.4 火箭飞行性能与多级火箭 236
7.4 固体火箭发动机的效率与实际性能参数 239
7.4.1 固体火箭发动机的效率 239
7.4.2 固体火箭发动机性能参数的修正 242
7.4.3 固体火箭发动机的实际性能参数预估 251
7.4.4 预估固体火箭发动机实际比冲的统计法 252
7.4.5 固体火箭发动机实际性能的测量与计算 253
第8章 固体火箭发动机内弹道参数计算 255
8.1 零维内弹道微分方程 256
8.1.1 装药燃烧阶段内弹道方程 256
8.1.2 拖尾段内弹道方程 258
8.2 平衡压强 258
8.2.1 平衡压强的计算公式 258
8.2.2 平衡压强的影响因素 260
8.3 燃烧室压强的稳定性分析 262
8.3.1 燃烧室压强稳定的一般条件 262
8.3.2 装填参量不变时燃烧室压强的稳定条件 264
8.3.3 装填参量变化时燃烧室压强的稳定条件 266
8.4 零维内弹道计算与分析 268
8.4.1 压强-时间曲线微分方程分析 268
8.4.2 四阶龙格-库塔法介绍 269
8.4.3 计算步骤 270
8.4.4 后效段计算 270
8.4.5 固体火箭发动机压强-时间曲线的特征 273
8.4.6 燃烧室头部压强计算 274
8.4.7 推力和其他参数计算 275
8.5 特殊装药发动机的内弹道 276
8.5.1 双室双推力发动机和两次点火发动机 277
8.5.2 单室双推力发动机 277
8.5.3 不同推进剂串联组合装药发动机的内弹道 278
8.6 一维内弹道 281
8.6.1 一维内弹道方程组 281
8.6.2 一阶常系数微分方程组的龙格-库塔解法 283
8.6.3 一维内弹道方程组的求解 283
8.7 内弹道性能的预示精度 285
8.7.1 内弹道参数的随机偏差预估 286
8.7.2 提高内弹道预示精度的途径 291
第9章 特殊固体火箭发动机 296
9.1 概述 296
9.2 单室双推力与多推力固体火箭发动机 296
9.2.1 实现单室双推力的可能途径 297
9.2.2 单室双推力固体火箭发动机设计 301
9.2.3 单室多推力固体火箭发动机 305
9.3 无喷管固体火箭发动机 307
9.3.1 无喷管固体火箭发动机的意义 307
9.3.2 无喷管固体火箭发动机设计 308
9.4 多次点火脉冲固体火箭发动机 316
9.4.1 脉冲固体火箭发动机的特点 316
9.4.2 应用脉冲固体火箭发动机的意义 316
9.4.3 脉冲固体火箭发动机设计 318
9.4.4 脉冲固体火箭发动机的关键技术 320
第10章 固体冲压发动机简介 322
10.1 火箭冲压发动机 322
10.1.1 基本组成及作用 323
10.1.2 火箭冲压发动机分类 323
10.2 火箭冲压发动机的主要性能参数 324
10.2.1 有效推力Fef 325
10.2.2 推力系数 327
10.3 整体式火箭冲压发动机 328
10.3.1 整体式冲压发动机 328
10.3.2 整体式固体火箭冲压发动机 329
10.3.3 整体式固体火箭冲压发动机典型结构方案举例 331
10.4 贫氧固体推进剂 334
10.4.1 贫氧固体推进剂的特点 334
10.4.2 贫氧固体推进剂组分的选择 334
10.5 火箭冲压发动机的发展与展望 336
参考文献 338