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本文介紹了真空技術在固體火箭發(fā)動機燃燒室絕熱、推進劑原材料準備、推進劑藥柱澆注成型、發(fā)動機總裝檢測中的應用，真空技術在提高固體火箭發(fā)動機制造質(zhì)量方面發(fā)揮了巨大積極的作用。
隨著現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展進步，真空技術在航空、航天、核工業(yè)、電子工業(yè)等領域的應用越來越廣泛，如真空把持、真空提升、真空輸送、真空冶金、真空包裝、真空除濕干燥等等。每一項真空技術的實際應用均體現(xiàn)出科學技術的不斷發(fā)展。真空技術在固體火箭發(fā)動機裝藥及總裝檢測領域同樣有著廣泛的應用，在保障固體火箭發(fā)動機研制和生產(chǎn)中發(fā)揮著積極作用。
1、真空技術在固體發(fā)動機裝藥中的應用
固體火箭發(fā)動機的研制生產(chǎn)包括燃燒室殼體內(nèi)表面絕熱、推進劑混合、推進劑原材料的準備、藥柱澆注成型、發(fā)動機總裝檢測等主要加工過程。在這些加工過程中，都在一定度上需要真空技術來保證各工序的有效進行，為最終生產(chǎn)出質(zhì)量合格的固體火箭發(fā)動機提供強有力的條件。
1.1、真空技術在原材料準備中的應用
1.1.1、氧化劑的真空儲存
氧化劑的真空儲存系統(tǒng)主要用于超細氧化劑在真空狀態(tài)下的長期儲存，使儲存罐內(nèi)部的有限空間處于長期與大氣隔絕的真空狀態(tài)。通過真空泵將儲存料罐內(nèi)的空氣排出，使罐內(nèi)形成相對的真空，罐內(nèi)真空環(huán)境真空壓力保持相對穩(wěn)定，從而保證物料在罐內(nèi)儲存后，其狀態(tài)(粒度、水份)保持相對穩(wěn)定，延長儲存時間，滿足裝藥生產(chǎn)的需要。在氧化劑的真空儲存過程中運用自動控制技術，多個真空罐之間互相并聯(lián)，同時對多個真空罐進行抽真空控制，也可對單臺進行抽真空控制，實現(xiàn)發(fā)動機裝藥前氧化劑的一次性儲存。
應用表明，真空壓力保持在中低真空前提下，氧化劑可存放數(shù)個月甚至一年，有效降低結(jié)塊現(xiàn)象。提高真空度，可有效延長氧化劑的存放時間和儲存效果，為固體火箭發(fā)動機批量裝藥提供有效保障。
1.1.2、氧化劑的真空干燥
氧化劑主要指高氯酸銨(AP)等含能材料。細高氯酸銨(AP)的粒度只有幾微米，吸濕性強，易結(jié)塊，不易分散，吸潮嚴重會改變AP 的粒徑和粒形，直接影響粘合劑對AP表面的包裹、推進劑混合的均勻性、推進劑制造過程氧化劑加料的順暢性、藥漿的流變性能和推進劑燃速的穩(wěn)定性能等[1]。所以在使用前對AP的干燥是推進劑生產(chǎn)前原材料準備的重要步驟。
氧化劑(AP)的干燥就是使其內(nèi)部所含的水分從固體內(nèi)部借擴散作用直達表面，從而汽化的過程。由于AP 在較高溫度下容易分解，并具有一定的潛在危險性，又由于水的沸點隨真空度的增大而降低，因此現(xiàn)在通常采用真空干燥。真空干燥的優(yōu)點在于物料干燥速度快，表面溫度低，物料在較低溫度下干燥，不易發(fā)生分解，更易使化學性質(zhì)保持穩(wěn)定，生產(chǎn)操作安全可靠。經(jīng)過烘干處理的AP在真空罐內(nèi)貯存，以備待用。
1.1.3、氧化劑料桶的真空輸送
在固體發(fā)動機裝藥原料準備前，要將幾十公斤重的氧化劑原料桶搬抬到過篩處理設備上，以前依靠人力搬抬，勞動量大、勞動強度高。考慮到安全因素，采用機器，實現(xiàn)機械化程度受到限制。近年，單位將真空技術應用于這一氧化劑處理過程，研究了氧化劑吸管式真空提升搬運裝置。操作人員單手操作系統(tǒng)控制手柄，該裝置就可完成氧化劑原料桶的提升、平移、擺臺操作。由于該項技術比較成熟，充分考慮了人體工效學等，使得操作簡潔、輕松，人工勞動強度大大降低。該裝置的提升高度、提升重量、安全性能等各項技術指標均能滿足使用要求。在實現(xiàn)球形氧化劑處理全過程的機械化方面，取得了較好的效果。
1.2、真空技術在發(fā)動機燃燒室內(nèi)表面絕熱中的應用
絕熱層是防止發(fā)動機在工作過程中達到危及其完整性以及限制推進劑局部表面燃燒的隔熱層，固體發(fā)動機殼體內(nèi)絕熱層成型質(zhì)量的好壞決定了固體發(fā)動機發(fā)射飛行的成敗，因此絕熱層性能和成型質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著發(fā)動機的質(zhì)量。國內(nèi)裝藥廠的發(fā)動機內(nèi)絕熱層成型工藝主要還沿用傳統(tǒng)的手工貼片成型方法，受絕熱材料、膠粘劑、殼體絕熱結(jié)構(gòu)復雜性限制，始終沒有實現(xiàn)機械化，是各裝藥廠研制生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)。手工貼片工藝對復雜絕熱殼體容易形成較多的缺陷(如鼓包、虛空、脫粘、不良粘、翹邊溝槽等)造成內(nèi)絕熱質(zhì)量隱患，產(chǎn)品質(zhì)量檢測和工藝穩(wěn)定性差。目前我國絕熱層成型采用的絕熱層條片手工粘貼的工藝方法，其不穩(wěn)定的人為因素帶來的粘貼質(zhì)量隱患較多，且勞動環(huán)境十分惡劣，勞動強度大。尤其對小直徑大長細比發(fā)動機來講，人工貼片難以操作，粘貼質(zhì)量難以保證。
1.2.1、發(fā)起機焚燒室真空絕熱技能
在發(fā)起機焚燒室絕熱預備過程中，有一類發(fā)起機殼體的一端為Φ200 mm~Φ300 mm 的小開口，另一端為橢球狀，這樣便無法選用常規(guī)貼片的辦法完成焚燒室的絕熱，而選用了真空絕熱成型技能。發(fā)起機殼體內(nèi)絕熱層產(chǎn)生脫粘的首要原因是殼體與絕熱層之間、絕熱層與絕熱層之間殘留有氣體或許漏涂膠粘劑[2]。真空絕熱成型技能研討中改變了涂敷初粘力很強的膠粘劑張貼絕熱層片材的成型辦法，而施行在真空狀況下對內(nèi)絕熱層全體加壓熱張貼防脫粘的真空絕熱成型技能。發(fā)起機殼體內(nèi)絕熱層防脫粘的要害是排出殼體內(nèi)腔氣體，使之到達真空技能需求，并嚴厲操控排氣技能及真空度。為此研發(fā)了專用設備，將組裝了內(nèi)絕熱層部件的發(fā)起機殼體放入真空環(huán)境中，然后履行一系列技能操作，使絕熱層預成型件處于真空狀況，真空度可達50 Pa，然后在氣囊保壓條件下使絕熱層與發(fā)起機殼體進行壓緊熱粘接。經(jīng)真空絕熱固化后的發(fā)起機殼體，超聲波探傷標明無脫粘表象。真空絕熱成型技能已成功在某些類型上得到運用，進步了該類固體火箭發(fā)起機的內(nèi)絕熱層成型功率和質(zhì)量[3]。
1.2.2、真空模壓排氣技能
在固體火箭發(fā)起機絕熱過程中，由于一些發(fā)起機內(nèi)絕熱構(gòu)造雜亂，采取了模壓技能。對構(gòu)造雜亂的零部件，為了得到細密無氣孔的預成型件，采取在真空條件下的模壓技能[4]，在必定的真空壓力下可獲得質(zhì)量合格的絕熱模壓件。
1.2.3、無溶劑襯層料漿真空除氣脫水
在無溶劑襯層成型技能研討中，曾利用真空技能對襯層料漿進行除氣脫水處理。由于無溶劑襯層料漿粘度大，真空處理后，一方面可以削減襯層中的氣孔，另一方面還可以脫去料漿中的水份，如果料漿中含微量的水份，襯層固化時，會在其內(nèi)部構(gòu)成小氣孔。經(jīng)過真空除氣脫水處理可以使襯層細密均勻，有用增強了襯層本身的功能。用掃描電子顯微鏡調(diào)查研討標明，真空除氣脫水后的料漿做成的試片內(nèi)部細密，天然面無氣孔，真空處理后無溶劑襯層的力學功能明顯進步。
1.3、真空技能在推進劑藥柱成型中的運用
1.3.1、高能推進劑的真空混合
固體推進劑的混合是推進劑制作中的一個要害工序，混合的意圖即是把很多的固體組分如氧化劑和鋁粉等與少數(shù)的粘稠液體如粘合劑相混合，使固液界面潮濕，固體顆粒被杰出包覆，各組分渙散均勻共同，構(gòu)成技能功能杰出的高粘度藥漿。真空混合可以除去混在藥漿里的氣泡，又利于固體顆粒的包覆，然后可削減剪切力，進步混合功率;還可以抽除混合機內(nèi)產(chǎn)生的揮發(fā)性易燃易爆氣體和粉塵，有利于安全出產(chǎn)[1]。
1.3.2 推進劑料漿的真空澆注
推進劑藥柱需求構(gòu)造完好，藥柱的外表和內(nèi)部不得有孔隙、裂紋和海綿狀疏松安排，藥柱與焚燒室前、后封頭間的粘結(jié)界面不得有脫粘閃現(xiàn)，否則會影響發(fā)起機的內(nèi)彈道特性，嚴峻時會致使發(fā)起機爆破。在真空條件下，把推進劑藥漿經(jīng)過花板渙散成很多細藥條，可以將推進劑藥漿中混入的氣體隨時有用排出，然后澆入焚燒室中，然后使制得藥柱中的氣孔減到起碼程度。在澆注過程中，發(fā)起機殼體放在真空缸內(nèi)，隨澆注技能的進行，藥漿在不斷脫氣，真空澆注進步了推進劑藥柱的質(zhì)量，操控真空度也有利于保證藥柱質(zhì)量的重現(xiàn)性。真空技能是保證藥柱無氣孔、細密且具有杰出的力學功能和焚燒穩(wěn)定性的重要技能。
1.3.3、大型焚燒室裝藥尾部人工脫粘層縫隙抽真空裝藥技能
大型焚燒室裝藥尾部人工脫粘層縫隙抽真空裝藥技能，由于此類型焚燒室翼型翼展大，人工脫粘層在裝藥行進行了封口處理，這致使焚燒室在推進劑料漿的真空澆注過程中，人工脫粘層與絕熱層夾層間的真空壓力大于焚燒室內(nèi)腔的真空壓力，終究致使人工脫粘層敏捷向焚燒室內(nèi)腔興起而與翼片接觸，而人工脫粘層上噴涂有半硫化狀況的襯層，裝藥翼片上涂有脫模劑，當人工脫粘層上的襯層接觸翼片后，翼片上的脫模劑便粘附在襯層與推進劑的粘接界面上，形成藥柱脫粘，繼而對發(fā)起機正常作業(yè)形成影響;或許襯層粘在翼片上致使固化后推進劑翼槽上有襯層，這一方面影響了襯層與推進劑的粘接界面粘接功能，另一方面影響了推進劑的表觀質(zhì)量。大型焚燒室裝藥尾部人工脫粘層縫隙抽真空技能即是在焚燒室內(nèi)腔抽真空前，先期對近似密封的尾部人工脫粘層縫隙抽真空，在真空澆注過程中堅持人工脫粘層與絕熱層貼服，避免人工脫粘層興起而形成一系列的質(zhì)量問題。真空技能在固體發(fā)起機裝藥過程中體現(xiàn)了非常重要的效果。
1.4、真空技能在固體發(fā)起機總裝檢查中的運用
固體火箭發(fā)起機作業(yè)時內(nèi)腔充滿了高溫高壓燃氣，而且處于動態(tài)燃氣流條件下，作業(yè)條件極為惡劣。為保證發(fā)起機作業(yè)的高可靠性，對其密封功能有用進行檢查是非常重要的。因此，發(fā)起機在總裝后要進行有用的氣密性檢查試驗。
真空檢漏即是用必定的手法將示漏物質(zhì)加到被檢漏容器壁內(nèi)部，用漏檢儀器在被檢漏容器壁的另一側(cè)置疑有漏點的當?shù)赜苫罱j元件檢查經(jīng)過漏孔逸出的示漏物質(zhì)，然后可以在短時間內(nèi)檢查出工件的細小走漏，判定漏孔的存在、漏孔的大小和它的具體位置，并將這些信息傳送給操作人員，然后區(qū)分出被測工件是不是合格。一起可以依照國標或出產(chǎn)技能需求任意設定各項查驗參數(shù)及區(qū)分標準，然后到達檢漏的意圖，在固體火箭發(fā)起機總裝時，對需求格外嚴厲的發(fā)起機的氣密性檢查，一般選用氦質(zhì)譜檢漏儀對細小漏孔進行定量檢查。氦質(zhì)譜檢漏儀與發(fā)起機及輔佐部分連接如圖1 所示。真空檢漏要注意示漏物質(zhì)的挑選。首要思考以下因素：①檢漏儀器活絡元件對示漏物質(zhì)的活絡程度;②示漏物質(zhì)在空氣中的含量要小;③示漏物質(zhì)對檢漏商品不能形成污染;⑤示漏物質(zhì)不存在焚燒爆破、有毒有害、腐蝕等損害。固體火箭發(fā)起機總裝氣密檢查選用了必定濃度的氦氣作示漏氣體。中國在固體火箭發(fā)起機裝藥氣密檢查方面運用了以氦氣作示漏氣體的氦質(zhì)譜檢漏技能,它是真空檢漏活絡度最高、運用最遍及的一種檢漏技能，可以完成無損檢漏。氦質(zhì)譜檢漏儀構(gòu)造簡單，具有操作保護方便、經(jīng)濟適用等特點，可以消除檢查中的人為因素，完成檢漏作業(yè)的標準化、高效化和自動化。
2、定論
真空技能已成功用于固體火箭發(fā)起機裝藥及總裝檢查范疇，在保證固體火箭發(fā)起機質(zhì)量方面表現(xiàn)著重要效果。
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