第1章 固体火箭发动机概论 1
1.1 喷气式推进装置的分类 1
1.1.1 吸气式喷气发动机 1
1.1.2 火箭发动机 2
1.1.3 组合发动机 5
1.2 固体火箭发动机的基本结构与工作过程 6
1.2.1 固体火箭发动机的基本构造 6
1.2.2 固体火箭发动机的工作过程 11
1.3 固体火箭发动机的特点 11
1.3.1 固体火箭发动机的主要优点 11
1.3.2 固体火箭发动机的主要缺点 12
1.3.3 固体火箭发动机的改进和发展 12
1.4 固体火箭发动机的主要参数和内弹道方程 13
1.4.1 推力 13
1.4.2 喷气速度 14
1.4.3 流率、流率系数和特征速度 15
1.4.4 推力系数 17
1.4.5 总冲和比冲 17
1.4.6 内弹道的基本方程 18
1.5 固体火箭发动机的应用 22
1.5.1 运载火箭 22
1.5.2 航天器 23
1.5.3 导弹及其他应用 24
参考文献 29
第2章 固体推进剂 30
2.1 推进剂的分类与组分 31
2.1.1 推进剂的分类 31
2.1.2 双基推进剂的组分 31
2.1.3 复合推进剂的组分 34
2.2 固体推进剂的性能 38
2.2.1 固体推进剂的能量特性 38
2.2.2 固体推进剂的力学性能 39
2.2.3 固体推进剂的热性能 44
2.3 固体推进剂的老化特性 46
2.3.1 双基和改性双基推进剂的老化 46
2.3.2 复合推进剂的老化 49
2.4 固体推进剂的粘弹特性 53
2.4.1 固体推进剂粘弹现象 53
2.4.2 固体推进剂的本构方程 55
2.4.3 固体推进剂粘弹特性的时间温度效应 56
2.5 固体推进剂的累积损伤理论和实验研究 57
2.5.1 推进剂累积损伤的基本理论 57
2.5.2 基于应力的推进剂累积损伤理论和实验研究 57
2.5.3 基于耗散能的推进剂累积损伤理论和实验研究 59
参考文献 64
第3章 固体火箭发动机装药全寿命载荷历程分析 66
3.1 固化降温过程的载荷 67
3.1.1 固化降温过程的载荷分析 67
3.1.2 热应力应变计算的有限元方程 67
3.1.3 计算模型和初始条件、边界条件 69
3.1.4 计算结果 70
3.2 公路运输中的载荷 70
3.2.1 振动模型的建立 70
3.2.2 等级路面的非平稳激励 74
3.2.3 计算结果实例 75
3.3 铁路运输过程中的载荷 75
3.3.1 载荷分析 75
3.3.2 铁路运输模型 76
3.3.3 计算结果实例 77
3.4 贮存过程中的载荷 78
3.4.1 载荷分析 78
3.4.2 不同贮存地区的温度载荷研究 78
3.4.3 贮存过程中的应力情况 79
3.5 发动机工作过程中的载荷 80
3.5.1 燃气压强载荷 80
3.5.2 工作过程中的应力应变分析 82
参考文献 83
第4章 固体火箭发动机寿命评估 85
4.1 引言 85
4.2 固体火箭发动机的失效模式 86
4.2.1 推进剂力学性能下降导致的发动机失效 86
4.2.2 推进剂化学性能变化导致的发动机失效 87
4.3 发动机设计阶段的寿命评估方法——加速老化法 87
4.3.1 高温加速老化法 87
4.3.2 交变温度加速老化法 88
4.4 发动机服役过程中寿命评估的方法 92
4.4.1 老化监测和长期使用寿命分析 92
4.4.2 综合试验法 94
4.4.3 单台发动机剩余寿命的评估 99
参考文献 102
第5章 固体火箭发动机的安全特性 103
5.1 概述 103
5.2 固体火箭发动机危险性表征和主要激励 103
5.2.1 固体推进剂的反应形式 103
5.2.2 固体火箭发动机的危险性表征 105
5.2.3 主要激励 105
5.3 固体推进剂的引爆理论和感度 105
5.3.1 热爆炸理论和热感度 106
5.3.2 冲击起爆机理和机械感度 109
5.3.3 冲击波起爆机理和冲击波感度 113
5.3.4 静电火花感度 114
5.4 破坏效应 115
5.4.1 冲击波破坏效应 116
5.4.2 爆炸破片破坏效应 117
5.4.3 热辐射效应 119
5.5 发动机危险等级和评定 120
5.5.1 发动机危险等级的分类标准 120
5.5.2 发动机危险等级的评定方法 123
5.5.3 发动机易损性考核 124
5.6 提高固体火箭发动机使用安全性能的途径 124
5.6.1 发动机安全性设计 125
5.6.2 发动机的安全使用 125
参考文献 127
第6章 装药缺陷及其危害性分析 129
6.1 装药常见缺陷及其在发动机工作过程中的理化现象 129
6.1.1 固体火箭发动机装药中的常见缺陷 129
6.1.2 裂纹在发动机工作中可能历经的相关过程 130
6.2 装药裂纹腔中火焰的传播和燃烧过程 131
6.2.1 火焰传入裂纹腔条件的确定 131
6.2.2 裂纹腔内火焰传播和燃烧过程的试验研究 132
6.2.3 固体火箭发动机裂纹腔内火焰传播和燃烧过程的理论研究 134
6.2.4 固体火箭发动机裂纹腔内火焰传播和燃烧过程的数值仿真 137
6.2.5 仿真结果与试验结果的比较和裂纹危害性分析 139
6.3 燃烧条件下裂纹扩展的过程 141
6.3.1 裂纹扩展的试验研究 141
6.3.2 裂纹扩展过程的理论研究 149
6.3.3 三维裂纹的扩展判据 155
6.4 装药缺陷危险性判定的程序 157
6.5 复合推进剂缺陷形成和发展的细观机理 159
6.5.1 概述 159
6.5.2 单元细观机理模型 161
6.5.3 细观损伤机理 162
参考文献 163
第7章 固体火箭发动机的无损检测 165
7.1 无损检测设备 165
7.1.1 工业内窥镜 165
7.1.2 声学检测设备 167
7.1.3 机动式射线照相检测设备 169
7.1.4 工业CT检测系统 171
7.2 无损检测方法 177
7.2.1 概述 177
7.2.2 脱粘面检测 178
7.2.3 裂纹和气孔检测 180
7.2.4 缺陷测量与质量评定 181
7.2.5 安全与防护 183
7.3 健康监测技术与应用 184
7.3.1 固体火箭发动机健康监测技术的发展和现状 185
7.3.2 固体火箭发动机健康监测技术发展面临的问题 186
7.3.3 固体火箭发动机健康监测系统 186
参考文献 188
第8章 固体火箭发动机试验 190
8.1 概述 190
8.2 贮存过程中的发动机状态试验 190
8.2.1 零部件功能试验 190
8.2.2 发动机解剖试验 192
8.3 地面点火试验 197
8.3.1 试验目的和要求 197
8.3.2 试验基础平台和试车架 197
8.3.3 测试系统 206
8.3.4 试验数据的处理 209
8.3.5 试验安全技术 212
8.4 飞行试验 213
8.4.1 飞行前发动机检查和状态认定 213
8.4.2 飞行中发动机参数的测量 214
参考文献 216
第9章 固体火箭发动机维护和修理 217
9.1 概述 217
9.1.1 固体火箭发动机维护和修理的意义 217
9.1.2 固体火箭发动机设计和生产过程中对维修性的一般要求 217
9.1.3 固体火箭发动机使用过程中对维修性的一般要求 218
9.1.4 固体火箭发动机维修级别划分和任务的分配 220
9.2 固体火箭发动机的维护 220
9.2.1 固体火箭发动机的一般维护 220
9.2.2 典型固体火箭发动机的维护 222
9.3 固体火箭发动机装药缺陷的修理 225
9.3.1 固体火箭发动机装药缺陷的修理程序 225
9.3.2 固体火箭发动机装药裂纹的修理 226
9.3.3 固体火箭发动机装药脱粘的修理 232
9.3.4 固体火箭发动机装药修复的性能评定 234
参考文献 237