摘 要：某燃?xì)獍l(fā)生器高溫性能考核試驗(yàn)時，在點(diǎn)火過程中出現(xiàn)了初始壓強(qiáng)峰值過高的異?，F(xiàn)象。為了確定故障的原因，依據(jù)內(nèi)彈道性能計算歸納出可能影響初始壓強(qiáng)峰異常的五個因素。從定性和定量兩方面對五個因素進(jìn)行分析，確定造成故障的因素是藥柱初始燃面設(shè)計值偏高及點(diǎn)火器工作時的“烘烤”效應(yīng)、點(diǎn)火沖擊所產(chǎn)生的影響，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。試驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后燃?xì)獍l(fā)生器工作正常，措施有效。

關(guān)鍵詞：燃?xì)獍l(fā)生器；初始壓強(qiáng)峰值；點(diǎn)火沖擊；初始燃燒面積

中圖分類號：V435 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-5048（2013）04-0041-04

AnalysisandImprovementofAbnormalInitial PressurePeakofaGasGenerator

TUJun，HUANGShaobo

（ChinaAirborneMissileAcademy，Luoyang471009，China）

Abstract：Initialpressurepeakofagasgeneratorisabnormalduringignitingwhiledoingperformance testathightemperature.Fivepossiblefactorsaffectinginitialpressurepeakaresummarizedinaccordance withinteriorballisticperformancecomputation.Thefactorsmakingforfaultarehigherdesignvaluesofinitialburningareaandinfluencescausedbybakingeffectandignitionshockduringigniting，whichderives throughqualitativeandquantitativeanalysis，andcorrespondingimprovingmeasurementsareadopted.The testresultsshowthattheimprovedgasgeneratorsworkwellandthemeasurementsarevalid.

Keywords：gasgenerator；initialpressurepeak；ignitionimpact；initialburningarea

0 引 言

燃?xì)獍l(fā)生器作為動力能源廣泛應(yīng)用于航空與航天領(lǐng)域的姿態(tài)控制及伺服機(jī)構(gòu)中。某燃?xì)獍l(fā)生器作為驅(qū)動導(dǎo)彈舵機(jī)工作的動力能源裝置，除應(yīng)具有固體火箭發(fā)動機(jī)的基本性能外，還要求有平穩(wěn)的工作壓強(qiáng)和長時間工作等特殊性能。

燃?xì)獍l(fā)生器點(diǎn)火過程是影響燃?xì)獍l(fā)生器工作性能的重要因素。點(diǎn)火過程相對于裝藥燃燒工作過程來說是一個短暫的瞬態(tài)過程，并且是一非定常過程。本文主要針對影響某燃?xì)獍l(fā)生器在點(diǎn)火過程中出現(xiàn)的初始壓強(qiáng)峰異常因素進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)措施。

1 燃?xì)獍l(fā)生器組成及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

某燃?xì)獍l(fā)生器由噴管、過濾器、燃燒室、點(diǎn)火器、可燒蝕堵蓋、擋藥板、裝藥、殼體等組成，如圖1所示。

圖中，點(diǎn)火器位于燃?xì)獍l(fā)生器前部，通過螺紋連接在過濾器基體上。過濾器通過螺紋連接在燃?xì)獍l(fā)生器殼體上部，裝藥為端燃雙基藥柱，采用自由裝填的方式裝填在殼體內(nèi)部。

1.2 工作原理

燃?xì)獍l(fā)生器接受點(diǎn)火指令后，點(diǎn)火器發(fā)火，點(diǎn)燃裝藥藥柱，藥柱燃燒產(chǎn)生穩(wěn)定壓強(qiáng)和一定流量的燃?xì)?，燃?xì)饨?jīng)過濾器過濾后通過4個噴管排出，為舵機(jī)提供動力能源。

2 故障分析

2.1 故障現(xiàn)象

在燃?xì)獍l(fā)生器高溫性能考核試驗(yàn)中，多發(fā)產(chǎn)品在點(diǎn)火過程中發(fā)生異常：即在點(diǎn)火試驗(yàn)時，初始壓強(qiáng)峰值Pmax達(dá)到23MPa，超出設(shè)計值（初始壓強(qiáng)峰值設(shè)計指標(biāo)P′max≤18.5MPa），試驗(yàn)發(fā)生異常。

觀察燃?xì)獍l(fā)生器殘骸發(fā)現(xiàn)：擋藥板和過濾器上有大量金屬及其氧化物顆粒沉積，見圖2。試驗(yàn)曲線見圖3。

式中：Pc為燃燒室的壓強(qiáng)；rb為推進(jìn)劑燃速；C為特征速度；Ab為藥柱燃燒面積；At為噴管喉部面積；a為燃速系數(shù)；n為燃速壓強(qiáng)指數(shù)。

可以看出，藥柱特征速度增大、燃速變大、初始燃面增加以及噴管喉部面積突然減小均可能會導(dǎo)致燃?xì)獍l(fā)生器初始壓強(qiáng)峰過高。

通過上述原因分析，歸納出造成初始壓強(qiáng)峰異常原因可能有五個方面：雙基推進(jìn)劑性能的影響（可能造成燃速、特征速度變化）、裝藥質(zhì)量的影響（可能造成裝藥燃面變化）、燃?xì)獍l(fā)生器噴管堵塞的影響（造成噴管喉部直徑變化）、藥柱初始燃面的影響和點(diǎn)火器的影響（可能影響裝藥燃燒）。2.2.1 雙基推進(jìn)劑性能的影響

對該批產(chǎn)品裝藥的藥柱隨機(jī)選取2發(fā)進(jìn)行性能測試，測試數(shù)據(jù)見表1。

在裝藥生產(chǎn)過程中，由于裝藥工藝的原因，可能造成藥柱中有氣孔、裂紋等缺陷；藥柱和包覆層之間也可能存在脫粘和弱粘。如果存在上述問題，在點(diǎn)火過程中，裝藥缺陷在點(diǎn)火壓強(qiáng)峰的作用下可能會繼續(xù)增長、擴(kuò)展，產(chǎn)生額外的燃燒面積，從而導(dǎo)致壓強(qiáng)偏高的現(xiàn)象。

經(jīng)過對藥柱X光無損檢測結(jié)果進(jìn)行復(fù)查，沒有發(fā)現(xiàn)裝藥氣孔、脫粘等現(xiàn)象，藥柱無明顯缺陷存在，故可以排除裝藥質(zhì)量造成初始壓強(qiáng)峰值偏高。

2.2.3 燃?xì)獍l(fā)生器噴管堵塞的影響

該型燃?xì)獍l(fā)生器的噴管喉徑很小，僅為Ф0.5 mm，易被異物堵塞，工作過程中可能造成初始壓強(qiáng)峰過高。

這種堵塞發(fā)生的可能原因是由于通過過濾器后燃?xì)庵械念w粒過大或裝配過程噴管處的異物沒有及時清理（如微小雜質(zhì)、金屬毛刺等）。

由圖2的試驗(yàn)殘骸可以發(fā)現(xiàn)，該發(fā)產(chǎn)品的點(diǎn)火器工作后存在金屬及其氧化物殘渣沉積過多的現(xiàn)象，這是點(diǎn)火藥中金屬成分燃燒造成的。這些凝聚相顆粒在點(diǎn)火沖擊作用下，沉積在藥柱表面，形成多個大小不同的“熾熱”點(diǎn)，造成局部“烘烤”效應(yīng)，在這些“熾熱”點(diǎn)附近藥柱燃速增加；同時，這些顆粒也可能“沖”入裝藥內(nèi)部，造成燃面增大。燃速、燃面的增加必然會導(dǎo)致初始壓強(qiáng)峰值偏高。

另外，由于燃?xì)獍l(fā)生器結(jié)構(gòu)限制，點(diǎn)火器能量輸出口與裝藥初始燃面距離較近，過高的點(diǎn)火器輸出能量，可能會對裝藥表面產(chǎn)生點(diǎn)火沖擊，造成裝藥表面損傷，使初始燃面增大，同樣會導(dǎo)致初始壓強(qiáng)峰值偏高問題。

2.3 故障定位

通過上述綜合分析，燃?xì)獍l(fā)生器初始壓強(qiáng)峰過高是由初始燃面設(shè)計值偏高和點(diǎn)火器工作時的“烘烤”效應(yīng)、點(diǎn)火沖擊對藥柱燃速、初始燃面的影響這些因素疊加后產(chǎn)生的。

2.4 采取措施

2.4.1 點(diǎn)火器的改進(jìn)

為降低點(diǎn)火器的“烘烤”效應(yīng)、點(diǎn)火沖擊對初始壓強(qiáng)峰的影響，從點(diǎn)火器的藥劑藥量和組份兩個方面對點(diǎn)火器進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)：

a.通過燃燒氧平衡的計算，大幅度減少藥劑中金屬含量，解決因氧系數(shù)不足導(dǎo)致大量的金屬不能完全燃燒而產(chǎn)生的大量金屬及氧化物殘渣問題。

b.點(diǎn)火藥燃?xì)饷肓髁看笮Q定了點(diǎn)火沖擊強(qiáng)度的強(qiáng)弱。在保證裝藥正常點(diǎn)火，滿足對點(diǎn)火延遲時間要求的前提下，盡量減少點(diǎn)火藥量，降低點(diǎn)火藥燃?xì)饷肓髁?，從而降低點(diǎn)火壓強(qiáng)峰值。

對改進(jìn)后的點(diǎn)火器進(jìn)行點(diǎn)火試驗(yàn)考核，試驗(yàn)曲線如圖5所示。

改進(jìn)后的點(diǎn)火器試驗(yàn)殘骸如圖6。擋藥板與過濾器表面均無明顯的金屬及其氧化物顆粒沉積。

點(diǎn)火器試驗(yàn)表明，改進(jìn)后的點(diǎn)火器點(diǎn)火峰值明顯降低，P2改進(jìn)為3.1～4.9MPa，金屬及其氧化物殘渣含量明顯減少。

2.5 驗(yàn)證與結(jié)果

采取上述兩項改進(jìn)措施后，進(jìn)行了10發(fā)燃?xì)獍l(fā)生器高溫、低溫驗(yàn)證試驗(yàn)，考核點(diǎn)火器和裝藥匹配性以及點(diǎn)火性能是否滿足改進(jìn)要求。

改進(jìn)后的典型試驗(yàn)壓強(qiáng)-時間曲線如圖8，燃?xì)獍l(fā)生器初始峰值數(shù)據(jù)示于表2。

試驗(yàn)驗(yàn)證表明，對點(diǎn)火器和裝藥初始燃面改進(jìn)后，消除了過高的初始壓強(qiáng)峰值。這些改進(jìn)對燃?xì)獍l(fā)生器總體指標(biāo)無不良影響，燃?xì)獍l(fā)生器工作平穩(wěn)，達(dá)到了設(shè)計改進(jìn)的目的。

3 結(jié) 論

a.造成燃?xì)獍l(fā)生器初始壓強(qiáng)峰異常的主要原因是裝藥初始燃面設(shè)計值偏高及點(diǎn)火器的“烘烤”效應(yīng)、點(diǎn)火沖擊對裝藥藥柱的影響。

b.同時采用降低初始燃面和優(yōu)化點(diǎn)火器設(shè)計的方法，達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)要求。

c.多發(fā)試驗(yàn)驗(yàn)證表明改進(jìn)措施有效。

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