基本介紹
- 中文名：推進劑澆注
- 外文名：Propellant casting
- 澆注方法：真空噴淋澆注、插管澆注，等等
- 套用舉例：複合固體推進劑振動澆注
基本概念,澆注方法,複合固體推進劑的澆注工序,複合固體推進劑振動澆注的作用機理,振動方式的選擇,振動參數選擇,套用範圍,
基本概念
推進劑澆注，是指將推進劑藥漿澆注入火箭發動機燃燒室或模具的工藝過程。
澆注方法
常用的澆注方法有真空噴淋澆注、插管澆注、真空噴淋/(加壓)插管澆注和底部澆注。
根據發動機大小、藥型、允許進行澆注的開口大小、裝填速度等選擇澆注方法。真空噴淋澆注，適於較大開口各種發動機成型。小開口發動機和異型藥柱成型則選擇插管或底部澆注。
複合固體推進劑的澆注工序
複合固體推進劑的澆注工序是裝藥製造過程的關鍵工序。在採用臥式混合機混合時，由於藥漿在混合過程未經除氣，因此必須在澆注時排除藥漿內部的氣體，以保證裝藥的質量。真空花板澆注工藝，將澆注發動機置於真空缸內，藥漿通過花板，分成細藥條，在下落時經過真空排除內部氣體，落入發動機內。此時澆注的推動力是大氣壓強與真空缸內的絕對壓強之差以及藥漿自身重力形成的壓頭之和。藥漿在發動機內流平則依靠堆積藥漿的靜力壓頭。對於固體含量不高，粘度不大的推進劑藥漿，利用真空花板澆注工藝可以滿足要求。但對能量要求高的推進劑，如其固體含量增大；高燃速的推進劑，如其細氧化劑含量增大，都會使推進劑藥漿的表觀粘度增大，工藝性能變差。另外，用真空花板澆注容易在藥柱中形成氣孔。
複合固體推進劑振動澆注的作用機理
主要是利用複合固體推進劑藥漿的假塑性和振流性。目前，國內外研製和生產的複合推進劑藥漿，絕大部分屬於假塑性體。據有關的測試研究表明，其剪下速率指數在0.86 ~ 0.97之間。假塑性體的流變特性是，當剪下應力或剪下速率增大時，其表觀粘度下降。這是由於藥漿中的大分子聚合物在應力作用下，結構發生變化，長鏈分子偏離平衡結構而沿流動方向取向；取向程度增大時，聚合物中的纏結分子鏈彼此分離，相對運動變易，導致表觀粘度下降。在藥漿澆注過程中，振動功的輸入，增大了藥漿的剪下應力或剪下速率，因而使藥漿的表觀粘度下降，增大了流動性。通常情況下，藥漿進入發動機後，流平依靠堆積藥漿的靜力壓頭，此值大於藥漿的屈服值時就可以流平。在振動澆注的條件下，當堆積藥漿的靜壓頭以及振動加速度形成的力之和大於藥漿屈服值即可流平，因此大大增加了藥漿的流平性。由於流動性和流平性的改善，藥漿更易於充滿所有空隙，因而可以增加其密度。對於流動性、流平性已較好的推進劑藥漿，振動作用就不能增大其密度了。
振動方式的選擇
根據有關資料的分析，固體推進劑振動澆注可有下列三種方式：（1）插入漿料一定深度的棒式振動器。此種振動器被廣泛用於水泥砂漿的現場澆注。美國發射太空梭用大型助推器的現場澆注也曾用過此種振動方式。振動棒在澆注過程中需不斷提升，以控制其在藥漿中的插入深度。由於戰術飛彈發動機澆藥間隙小，採用此種振動方式澆注難以實現，特別是在真空缸內實現振動棒的提升操作，更為困難。（2）附著式振動器。將振動器固定在澆注發動機殼體上，在藥漿澆注過程中對殼體施振，如何保證施振均勻，又不對發動機殼體和絕熱包筱層質量帶來不利影響是很難解決的問題。（3）台式振動器。利用此種振動器，可將澆注件、料斗、真空缸一起剛性固定在振動台上，實現整體或部分振動。可供選擇的振動台種類、型號很多。國產振動台有機械的、電動的和液壓的三種，其中機械振動台使用頻率較低、噪聲較大、價格便宜；電動振動台使用頻率寬、精度高、價格較高；液壓振動台工作平穩、噪聲小，使用頻率較機械台高，但設備占地面積大，維修麻煩，價格也較高。
選用何種振動方式，要根據澆注發動機的特點和使用環境綜合考慮，但無論選擇哪種方式都必須考慮技安間題。特別是有可能產生火花的電器裝置，絕對不能置於真空缸內運轉，國外已有過振動台裝於真空缸內引起爆炸的慘痛教訓。
振動參數選擇
固體推進劑振動澆注的目的是消除裝藥內部的缺陷，提高裝藥的密度，因此在選擇振動參數時，必須確保在振動過程中藥漿中的固體顆粒分布是均勻的，不允許出現上下不一致的“ 分層” 現象。此外還要儘量減少振動的衰減，減少能耗。由於目前國內所使用的推進劑藥漿大多數是未經除氣的高固體填充的濃懸浮液體系，通過各組分的性能來計算出所需的振動參數，幾乎是不可能的，因此只能根據推進劑特性、澆注發動機以及工藝特點，通過實驗選取。
套用範圍
複合固體推進劑振動澆注的研究成果，已成功地套用於某型號小型發動機的裝藥生產中。根據該發動機的特點和工藝要求，設計了可同時澆注多發的振動澆注裝置。套用此項技術前，因藥漿粘度大，工藝性能久佳，容易在裝藥中形成氣孔等缺陷，產品合格率低於50%，而套用此項技術後，合格率達到10%，取得良好的經濟效益和社會效益。
振動技術用於小型發動機澆注過程容易實現、套用前景廣闊。但鑒於目前國內的工藝現狀，用於較大尺寸發動機澆注難以實現，主要障礙是藥漿在混合時未經除氣。如果採用立式真空混合除氣，加壓澆注並配上低頻衝擊振動技術，那么就可以提高裝藥的質量。這也是推進劑裝藥的發展方向。
