一种制备组件和制备超高固含量固体推进剂的方法与流程

本发明涉及固体火箭发动机装药成型技术领域，特别是一种制备组件和制备超高固含量固体推进剂的方法。

背景技术：

随着导弹武器系统的迅速发展，对射程、机动能力、隐身等提出了更高的需求，固体火箭发动机作为导弹的动力装置，对导弹提供飞行及机动动力。

发动机装药是固体火箭发动机的重要组成部分，装药的能量特性和装填系数直接决定了发动机的内弹道性能、质量特性及装药结构完整性。目前传统的装药成型方法是浇注成型，这种成型方法要求粘合剂含量高以保证推进剂物料具有流变性，且受推进剂多组分间化学相容性制约，进一步提高高能物质含量受到限制；受装药结构完整性约束，发动机装填系数提高受到限制。因此，传统装药成型方法限制了发动机能量水平的进一步提升。故大幅降低粘合剂含量，以少量粘合剂为架构，以高压作为成型载荷的超高固含量固体推进剂高压成型方法，能够突破传统固体推进剂高能物质应用极限，为实现密度比冲的跨越式提升提供技术基础。

目前，国内尚无对于固体火箭发动机超高固含量固体推进剂的高压成型方法研究。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服传统装药成型技术的不足，提供了一种制备组件和制备超高固含量固体推进剂的方法，用于显著提升装药密度比冲，提高发动机能量水平及装填系数。

本发明的技术解决方案是：

第一方面，本发明实施例提供了一种制备组件，包括：冲头、药缸、底座和脱模容器，其中，

所述脱模容器为带有内腔的柱状结构，所述底座为台阶形柱状结构，所述底座内嵌于所述脱模容器的内腔，且所述底座面积最小的一侧远离所述脱模容器；

所述药缸为带有内腔、且两端开口的台阶形柱状结构，所述药缸的开口的一端包覆于所述底座面积最小的一侧的两个侧面，所述药缸和所述底座共同形成材料容器；

所述冲头的横截面的直径与所述药缸的内腔直径相同，且所述冲头可嵌入于所述药缸的内腔；

在所述制备组件的使用过程中，所述冲头、所述药缸、所述底座和所述脱模容器的中心轴线重合。

优选地，所述底座为可移除的底座。

第二方面，本发明实施例提供了一种采用上述任一项所述的制备组件制备超高固含量固体推进剂的方法，包括：

获取制备所述超高固含量固体推进剂的设定重量的混合材料；

将所述混合材料添加至所述药缸的内腔中；

采用所述冲头按照设定变压力曲线，以第一设定速度推压所述混合材料，得到成型推进剂；

在完成设定压力曲线压制后，移除所述底座，并采用所述冲头以第二设定速度将所述成型推进剂推压至所述脱模容器的内腔中；

将所述成型推进剂放置于烘箱进行固化处理。

优选地，所述获取制备所述超高固含量固体推进剂的设定重量的混合材料的步骤，包括：

获取设定质量比例的超高固推进剂物料和乙酸乙酯工艺助剂；

采用卧式捏合机，以设定温度对所述超高固推进剂物料和所述乙酸乙酯工艺助剂进行捏合搅拌处理；

在捏合搅拌处理指定时间之后，得到所述混合材料；

对所述混合材料进行称量，获取设定重量的混合材料。

优选地，所述设定质量比例为1:20，所述设定温度为40℃～80℃，所述指定时间为2h。

优选地，所述第一设定速度为随时间变化的速度，所述第二设定速度为0.01mm/s。

优选地，所述固化处理的温度为50℃，所述固化处理的时间为7天。

优选地，所述混合材料为连续的类浆状状态。

优选地，所述成型推进剂的外径比所述脱模容器的外径小1mm～2mm，所述成型推进剂的长度比所述脱模容器的长度小1mm～2mm。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明开创性提出了制备超高固含量固体推进剂的方法，解决了高粘度推进剂成型技术难题；

(2)本发明系统提供了成型过程关键控制参量及实现手段，保证装药的成型质量及发动机燃烧稳定性；

(3)本发明提出的制备超高固含量固体推进剂的方法，突破传统成型工艺对发动机能量进一步提升的限制，显著提升发动机能量水平及装填系数。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种制备组件的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种制备超高固含量固体推进剂的方法的步骤流程图；

图3为本发明实施例提供的推进剂物料高压压制过程中压力时间曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例一

参照图1，示出了本发明实施例提供的一种制备组件的结构示意图，如图1所示，该制备组件可以包括：冲头1、药缸2、底座4和脱模容器5，其中，

脱模容器5为带有内腔的柱状结构，底座4为台阶形柱状结构，底座4内嵌于脱模容器5的内腔中，且底座4面积最小的一侧远离脱模容器5。

药缸2为带有内腔、且两端开口的台阶形柱状结构，药缸2的开口的一端包覆于底座4面积最小的一侧的两个侧面，药缸2和底座4可以共同形成材料容器，用于容纳制备超高固含量固体推进剂的容器。

冲头1的横截面的直径与药缸2的内腔直径相同，且冲头1可嵌入于药缸2的内腔。

在制备组件的使用过程中，冲头1、药缸2、底座4和脱模容器4的中心轴线是相重合的。

在本发明的一种优选实施例中，底座4是可以移除的，从而在对物料推压成型之后，可以移除底座4，将成型剂导入于脱模容器5中，以完成成型剂的制备。

本发明实施例提供的制备组件具有如下优点：

可以解决高粘度推进剂成型技术难题；

突破传统成型工艺对发动机能量进一步提升的限制，显著提升发动机能量水平及装填系数。

实施例二

参照图2，示出了本发明实施例提供的一种制备超高固含量固体推进剂的方法，该方法具体可以包括如下步骤：

步骤201：获取制备所述超高固含量固体推进剂的设定重量的混合材料。

在本发明实施例中，混合材料是指由超高固推进剂物料和乙酸乙酯工艺助剂混合形成的，用于制备超高固含量固体推进剂的材料。

在本发明中，可以首先获取设定重量的混合材料，具体地，执行的过程可以参照下述优选实施例进行详细描述。

在本发明的一种优选实施例中，上述步骤201可以包括：

子步骤a1：获取设定质量比例的超高固推进剂物料和乙酸乙酯工艺助剂。

在本发明中，设定质量比例可以为1:20，也即50g/1kg。

可以获取设定质量比例的超高固推进剂物料和乙酸乙酯工艺助剂，并执行子步骤a2。

子步骤a2：采用卧式捏合机，以设定温度对所述超高固推进剂物料和所述乙酸乙酯工艺助剂进行捏合搅拌处理。

设定温度的范围为40℃～80℃。

在获取设定质量比例的超高固推进剂物料和乙酸乙酯工艺助剂之后，可以采用卧式捏合机，以设定温度对超高固推进剂物料和乙酸乙酯工艺助剂进行捏合搅拌处理，进而，执行子步骤a3。

子步骤a3：在捏合搅拌处理指定时间之后，得到所述混合材料。

指定时间为2h。

在采用卧式捏合机，以设定温度对超高固推进剂物料和乙酸乙酯工艺助剂进行捏合搅拌处理的过程中，可以对超高固推进剂物料和乙酸乙酯工艺助剂进行捏合搅拌处理2h，从而可以得到呈现连续的类浆状状态的混合材料。

在捏合搅拌处理指定时间之后，可以得到混合材料，从而执行子步骤a4。

子步骤a4：对所述混合材料进行称量，获取设定重量的混合材料。

设定重量是根据所需制备的超高固含量固体推进剂确定的，具体地，可以根据业务需求而定，本发明实施例对此不加以限制。

在得到混合材料之后，可以对混合材料进行称量，以获取设定重量的混合材料。

在获取制备超高固含量固体推进剂的设定重量的混合材料之后，执行步骤202。

步骤202：将所述混合材料添加至所述药缸的内腔中。

在获取设定重量的混合材料之后，可以将设定重量的混合材料添加至药缸的内腔中，进而，执行步骤203。

步骤203：采用所述冲头按照设定变压力曲线，以第一设定速度推压所述混合材料，得到成型推进剂。

第一设定速度为随时间变化的速度。

采用冲头以特定速度下降，进行垂直装药圆形端面的变压力曲线(如图3所示的推进剂物料高压压制过程中压力时间曲线图)压制，使药缸的内腔中推进混合材料之间紧密贴合，形成以少量粘合剂为架构的高密度药柱。

具体的，推进剂模压成型时，为保障压药过程的安全，采用了较慢的下压速率，冲头初始4min下降速度为0.03mm/s，在压制后期为促进推进混合材料中的空气排空，提高压制效果，随后10min降为0.01mm/s以保证成型质量。

具体的，针对外径为104mm的装药，压制过程中压力达到10kn、50kn、100kn、150kn、200kn、250kn、300kn时，停止下压，维持压力保压2min，进一步排除混合材料中的气体。压制效果受压力与压制端面面积比值的影响，及压制压强。

在采用冲头按照设定变压力曲线，以第一设定速度推压混合材料之后，即可得到成型推进剂。

步骤204：在完成设定压力曲线压制后，移除所述底座，并采用所述冲头以第二设定速度将所述成型推进剂推压至所述脱模容器的内腔中。

第二设定速度为0.01mm/s。

在完成设定压力曲线压制后，可以移除底座，冲头继续以0.01mm/s速度下降将药缸中成型推进剂压入脱模容器的内腔中。

在将成型推进剂以第二设定速度推压至脱模容器的内腔之后，执行步骤205。

步骤205：将所述成型推进剂放置于烘箱进行固化处理。

在将成型推进剂以第二设定速度推压至脱模容器的内腔之后，可以将成型推进剂放置于烘箱进行固化处理，固化温度50℃，固化时间7d(day，天)，从而可以得到具有良好力学性能的固体装药。

本发明中，冲头截面直径与药缸内腔直径一致，药缸内腔结构尺寸依据装药结构尺寸按需设计，脱模容器内径比药柱外径大1mm～2mm，长度比药柱长度大1mm～2mm。成型过程，冲头、药缸、底座及脱模容器顺序面接触配合；脱模过程，将底座移除，冲头、药缸及脱模容器顺序面接触配合。

本发明实施例提供的制备超高固含量固体推进剂的方法。具有如下优点：

本发明针对高粘度推进剂物料成型首次提出了高压模压成型方法及其结构组件，系统提出了成型过程关键控制参量及其实现手段，实现了装药压制过程均匀受力，高效无损脱模，确保装药的成型质量，对于发动机燃烧稳定性具有重要影响。本发明中的制备组件适用于高粘度推进剂物料的成型，但不限于结构形式，该方法能够推广到不同装药构型的超高固含量装药的成型。