固体火箭发动机压强－时间曲线的特征

图8-16所示是等面燃烧装药固体火箭发动机零维p-t曲线的典型形状， 该曲线有以下特点：

（1） 上升段、 平衡段和后效段特征分明。

（2） 在发动机工作的初期出现压强峰pm，称为初始压强峰。

（3） 后效段有明显的拖尾， 这是燃气的排气流动现象。

初始压强峰pm的存在，给发动机设计带来了困难：首先，pm数值较大时，提高了燃烧室的强度负荷， 导致发动机结构质量增加。 由于pm持续的时间非常短，在大部分工作时间内压强都比较低， 因而使材料强度的储备过大； 其次， 初始压强峰使发动机内弹道的重现性变坏。然而， 适当的初始压强峰也有积极的一面， 如增加炮口速度， 从而提高无控火箭密集度等。 一般情况下， 在发动机设计时应将初始压强峰pm控制在适当范围之内。

图8－16 p－t曲线特征

影响初始压强峰pm的因素主要有侵蚀燃烧效应、点火药量和发动机结构等。点火药量越大， 初始压强峰越高， 所以必须严格控制点火药量， 通常先根据经验选取用量， 再通过多次实验验证和调整得到合理的值。 在发动机喷管喉部或出口截面上放置防潮密封塞， 有的发动机点火装置放置在喉部， 装药点火后需要一定的压强才能打开它们， 有利于装药的可靠点燃， 并可提高内弹道的重现性， 但同时也会进一步加大初始压强峰， 因此必须合理控制打开密封塞的压强。

由侵蚀燃烧效应引起的初始压强峰又称侵蚀压强峰， 图8-16中的虚线表示φ（ ）＝1即无侵蚀时的p-t曲线。 当存在侵蚀燃烧效应即φ（ ）＞1时， 为什么会引起压强峰呢？ 由p-t曲线微分方程（8-10）或式（8-77）～式（8-80）可以看出， 压强的变化取决于推进剂的燃气生成量 （使压强升高） 和通过喷管流出去的燃气量 （使压强降低）。 在发动机工作初期， 装药通道最小， 侵蚀燃烧效应最严重， 由于燃气生成量的增大而引起了压强升高。 随着燃烧的持续进行， 促使压强下降的因素也在增长之中： 一是压强升高时相应的喷管质量流率升高， 使压强趋向于降低； 二是燃烧过程中装药通道的通气面积扩大， 使φ（ ） 减小， 因而燃气生成量也减小， 从而使压强降低。 因此， 发动机工作初期的压强升降导致了初始压强峰的出现。

侵蚀燃烧效应对燃烧室压强的影响程度可用峰值比rp来度量，定义为

式中，peq0为同一面喉比时与侵蚀压强峰对应时刻的无侵蚀平衡压强，如图8-16所示。

由平衡压强公式 （8-22） 可得

对式 （8-89） 取对数并微分， 有

可见，峰值比rp的变化量是侵蚀函数变化量的1／ （1-n） 倍。所以，降低推进剂的燃速压强指数n、 减小通气参量 和喉通比J值 （一般不超过0.5） 以控制侵蚀燃烧效应， 是减小侵蚀压强峰的有效途径。 但是， 减小 和J值必然降低发动机的装药装填密度， 从而使火箭的总体性能变坏。 因此， 发动机总体设计必须权衡综合性能， 即在燃烧室壳体强度允许条件下应尽量增大æ和J值以获得足够大的装药装填密度， 同时又不致引起太高的初始压强峰。 图8-17给出了几个成功的发动机设计方案， 它们都能起到既增大装药装填密度， 又可减小侵蚀效应的作用。

图8－17 减小侵蚀压强峰的装药结构

（a） 变尺寸分段装药； （b） 锥形内孔装药； （c） 两端喷气发动机