①可抛式双级延伸喷管及其效益尤军锋,杨长信(中国航天科技集团公司四院四十一所,西安710025)摘要:介绍了一种新型可抛展开系统双级延伸喷管(简称可抛式双级延伸喷管)的结构及其工作原理。对它产生的效益进行了分析和计算。这种可抛式延伸喷管的特点是结构质量轻、可靠性高、同步性好。从而能使飞行器的有效载荷或射程增加。中图分类号:V435+.23文献标识码:A前言延伸喷管给全弹带来的综合效益是很大的:当它处于收拢状态时,可缩短弹体级间段长度,减轻结构质量;同时对定长发动机还可将其缩短的长度用于加长发动机燃烧室以增大装药量,进而提高发动机的总冲;而对给定装药量的发动机采用延伸喷管可增大喷管扩张比,提高发动机的比冲。因此,使用延伸喷管可使固体火箭发动机的效益有显著的增加。但人们还希望在使用延伸喷管后固体火箭发动机的比冲尽可能地大,延伸喷管结构质量尽可能转动到一定角度时,钢丝绳上的T字型接头与钢丝绳挂钩脱落,借助展开力将展开装置及与其连接的支撑架等抛出,最后只剩下被锁紧的延伸锥,从而使其结构质量大大减轻。1可抛式延伸喷管的结构及其工作原理可抛式双级延伸喷管由基础喷管、一、二级延伸锥、展开装置、一、二级释放机构、一、二级折转片及支撑架等组成,其结构如图1所示。当延伸喷管不工作时,它处于收拢状态;工作时,其中央的点火器点燃装药而产生一定的气压,推动内筒向左运动,使钢球失去支持而脱落,同时也推动与外筒相连的支撑架向右运动。而支撑架又是通过钢丝绳组件与延伸锥上的释放机构相连的,因而也带动延伸锥向右运动;当延伸锥展开到位时,展开力迫使顶杆运动,从而使释放机构中摆动块逆时针转动,钢2图1可抛式双级延伸喷管Fig.1Two2stageextendibleexitconenozzlewithajettisonabledeploymentsystem211展开装置安装于基础喷管中央的自带能源的展开装置是可抛式延伸喷管的关键部件,其结构如图2所示。该展开装置由外筒、中筒、内筒、钢球、压缩弹簧、连接座及点火器等组成。根据基础喷管和延伸锥的长度,确定展开装置的轴向位移量。在中筒一端上开有n个径向孔,当延伸喷管展开即将①收稿日期:1999209227,修回日期:2000202224。作者简介:尤军锋,男,31岁,工程师,研究生,从事固体火箭发动机喷管的设计与研究。体仅以惯性力抛出。在内筒的一端装有压缩弹簧,展开后,在延伸喷管周围对称分布的折转片又起增它的作用是:(a)在气压未建立时起压紧钢球的作用,使钢球在冲击、振动过程中不致脱落;(b)又起限压的作用,只有压强值达到一定时,展开装置才能起动,确保展开的可靠性与稳定性;(c)它还起强喷管刚性的作用,使喷管摆动时具有足够的刚度。由于在折转片上使用了自锁机构,确保了延伸锥展开到位后能自动将其锁紧,这不仅进一步增强了延伸喷管的刚性,同时还可取代现有弹簧片,进而去掉基础喷管和一级延伸锥上安装弹簧锁片的支撑结构,从而又可进一步减轻其结构质量。如某一种固体火箭发动机去掉弹簧锁片后,其质量可减轻约16kg。可抛式双级延伸喷管的效益分析当发动机装药量给定时(即燃烧室长度给定时),采用延伸喷管可增大喷管扩张比,从而可提高发动机比冲。如某一种火箭发动机上使用可抛式双级延伸喷管后,当喷管扩张比从40增加到65时,3图2展开装置Fig.2Deploymentdevice∃Isp=∃Cf=(Cf-Cfo)IspoCfoCfo212释放机构在每级延伸锥上安装有3套以上的释放机构。它是为了在延伸锥展开到位时将展开系统(如展开装置支撑架等)抛离掉,减少延伸喷管的消极质量,提高其性能而设计的。因而该机构必须做到:延伸锥未展开到位之前,释放机构应能可靠地锁紧,不能解锁;延伸锥展开到位后自行解锁,将展开装置等抛离出去。可抛式延伸喷管之所以叫“可抛”,就是借助于该机构将其展开系统等全部抛离掉。213折转片为提高可抛式延伸喷管在收拢与展开过程中两级延伸锥与基础喷管的同轴性及其刚性,在可抛式双级延伸喷管外围对称的四个象限上,使用了带有自锁机构的折转片结构,见图1。它的作用是将基础喷管与一级延伸锥相连,将一级延伸锥与二级延伸锥相连,使两级延伸锥能伸缩;若在此基础上再加n级延伸锥、n级折转片、n级释放机构和n级钢丝绳组件等,则就变成可抛式多级延伸喷管了。由于折转片具有一定宽度,因而...