星孔装药几何参数

星孔装药又称星形装药， 这种装药可以利用不同的星孔几何尺寸获得等面、 增面和减面的燃烧特性。 同时， 由于采用贴壁浇注工艺， 既解决了大尺寸装药的成型和支撑问题， 又可以使高温燃气不与燃烧室壳体壁面直接接触， 降低了燃烧室壳体的热负荷， 相当于增强了壳体强度。 其缺点是装药形状复杂， 药模加工困难， 内孔星尖处容易产生应力集中， 同时燃烧结束时有余药等。

星孔装药截面形状如图8-10 （a） 所示， 表征星孔装药几何尺寸的主要参数列于表8-2中。 星孔装药沿周向一般是对称的， 可用半个星角表示， 如图8-10 （b） 所示。 由图可知，装药总肉厚ep、特征长度l与装药外径D、星尖圆弧半径r之间存在如下关系：

图8－10 星孔装药燃烧示意图

（a） 星孔装药截面形状； （b） 星孔装药结构尺寸

表8－2 星孔装药的主要几何参数

星孔装药的湿周长可用半个星角的周长si来计算，即有

通常情况下， 星孔装药的外侧面及端面都要包覆， 在燃烧过程中装药长度和星角数不变， 因此燃烧面积可表示为

类似地，半个星角的通气面积用Api表示，总通气面积为

当端面不包覆时，与圆孔装药类似，需要考虑装药长度Lp的变化。

半个星角周长si的变化如图8-10（b） 中虚线所示。星孔装药的燃烧可分为四个阶段，即星根半角消失前、 星边消失前、 星边消失后和余药燃烧。

1.星根半角消失前（0≤e＜r1）

从图8-10 （b） 中可以看出，初始时半个星角的周长si包括四部分，分别为弧长A1B1、弧长B1C1、线段C1D1和弧长D1E1，其中弧长D1E1随着燃烧不断减小，直到消失于D2点。当烧去任意肉厚e时，周长si可表示为（式中四项分别对应四部分）

在该阶段，线段C1D1保持不变。上式可整理成

可见， 在该阶段燃烧面积呈弱增面变化。 通气面积为

令e＝0即可得到初始燃烧面积和通气面积。

有些星孔装药没有星根半角，即r1＝0，称为尖角星孔装药，这时就没有该阶段的燃烧，可以直接从第二阶段开始计算。

2.星边消失前（r1≤e＜e∗）

当燃烧从点C1烧到点C3时，装药的星角消失，肉厚e∗表示点C1到点C3的距离，即

在该阶段，周长si只包括三部分，分别为弧长A2B2、弧长B2C2和线段C2D2，其中线段C2D2随着燃烧不断减小，直到消失于C3点。当烧去任意肉厚为e时，周长si可表示为

或整理为

通气面积则为

分析该阶段燃烧面积的变化规律可以发现， 燃烧面积随肉厚呈线性变化， 是线性增加还是线性减小则取决于式 （8-65） 右端第三项的符号， 即

可见， 星角数n与星根半角θ／2之间的关系决定了燃烧面积的变化特性。 为了方便， 将等面燃烧对应的星根半角定义为等面角，并用θ-／2表示，即

于是， 当时， 为减面燃烧； 当时， 为增面燃烧； 当时， 为等面燃烧。 星孔装孔不同星角数n对应的等面角见表8-3。

表8－3 星孔装药不同星角数n对应的等面角

3.星边消失后（e∗≤e＜ep）

装药的星边消失后，周长si只包括两部分，分别为弧长A3B3和弧长B3C3，其中弧长B3C3随着燃烧不断变化。当烧去任意肉厚为e时，周长si表示为

可整理成

通气面积为

4 余药燃烧

图8－11 星孔装药余药燃烧示意图

对于形状复杂的装药 （如星孔装药、 轮孔装药、 树枝形装药、翼柱形装药等），当燃烧肉厚e达到总肉厚ep时，装药会剩下互不相连的若干装药药块， 其数量取决于装药的结构特征， 对于星孔装药即等于星角数， 这些药块称为装药的余药。 产生余药是复杂装药的主要特点之一， 在设计时必须控制余药的大小。如图8-11所示，星孔装药的余药燃烧以O1点为中心， 半径从逐渐扩大直到为止。 由几何关系，可知

在该阶段，周长si只包括弧长B4C4，且B4C4随着燃烧不断减小，直到消失。当烧去任意肉厚为e时，周长si（即弧长B′4C′4） 可表示为

通气面积为

星孔装药的余药大小可以用余药面积Af来表示，即图中所示B4C4C5所包围的面积。可以推出

由式（8-70），e＝ep时的通气面积为

考虑到式 （8-58）， 即

因此， 余药面积为

所有阶段的自由体积均可用式（8-45） 计算，但应注意不同阶段的通气面积Ap的计算公式不同。

星孔装药燃烧面积变化的三种类型如图8-12所示， 从图中可明显看出上述四个燃烧阶段： 第1阶段为增面燃烧； 第2阶段燃烧面积的变化， 根据星根半角θ／2与等面角的关系，可分为减面型、 等面型和增面型三种类型； 第3阶段为增面燃烧； 第4阶段为余药的减面燃烧。

图8－12 星孔装药燃面变化的三种类型

（a） 减面型星孔装药； （b） 等面型星孔装药； （c） 增面型星孔装药