一种固体火箭发动机端面药柱包覆结构及其包覆方法
技术领域
本发明属于固体火箭发动机制造技术领域，具体涉及一种固体火箭发动机药柱包覆结构及其包覆方法。
背景技术
固体火箭发动机是火箭、导航等航空航天飞行器的动力装置，其原理是通过固体推进剂燃烧产生高温燃气，然后经喷管喷出产生反作用力。固体火箭发动机有多种装药形式，其中端面燃烧药柱为比较常见的一种，端面燃烧药柱常采用双基推进剂或改性双基推进剂制成药柱，用绝热材料进行套包后塞入燃烧室内。三元乙丙是一种常用的药柱绝热包覆套材料，具有良好的热力学性能(延伸率高且柔软)、绝热抗烧蚀性能好的特点，在端面燃烧药柱工作时保证药柱侧面不会暴露在燃气中。
参见图1，传统的端面燃烧药柱包覆套是将三元乙丙压制成型，在三元乙丙包覆套内涂满胶，然后将已经成型的药柱塞入包覆套内或将推进剂药浆倒入包覆套内使其随着胶一起固化成型，最后清理掉挤出的胶液。利用该方法制作的端面燃烧药柱存在以下问题：
1、在包覆套与药柱贴合面之间容易产生气孔和脱粘等现象，药柱在燃烧至有气孔或脱粘部位时燃面突然增大，使得燃烧室内压强升高，预定的燃烧面特性发生改变，严重时会导致发动机爆裂解体；三元乙丙包覆套是否会产生脱粘取决于三元乙丙包覆套内胶的涂抹情况，在三元乙丙包覆套与药柱装配过程中也无法保证气体能够全部排出，很难避免气孔的存在；
2、对胶的要求较高，选用的胶需要与三元乙丙和推进剂相容性好，同时也要使工艺性能好；
3、由于气孔和脱胶导致产品的工艺成本增加且成品率低。
发明内容
针对上述现有技术中固体火箭发动机端面燃烧药柱中存在气孔和脱粘导致产品工艺成本高、成品率低，且气孔和脱粘容易引起发动机爆裂解体的问题，本发明提出了一种固体火箭发动机药柱包覆结构及其包覆方法，其具体技术方案及方法步骤如下：
一种固体火箭发动机药柱包覆结构，包括包覆套以及设置在包覆套内部的药柱，所述包覆套为聚脲弹性体层。
进一步限定，所述聚脲弹性体层的平均厚度为1.8～2.2㎜。
上述固体火箭发动机药柱包覆结构的包覆方法，包括以下步骤：
(1)将成型的药柱固定在聚脲喷涂旋转装置上，并设定聚脲喷涂旋转装置的转速；
(2)使用两个喷射装置分别将聚脲的A组分和聚脲的B组分喷入聚脲喷涂旋转装置的喷射容腔内，使A组分和B组分在喷射容腔内发生反应，生成聚脲混合物；
(3)调整喷射容腔的喷口与药柱喷涂表面之间的距离，使喷射容腔上下移动，向药柱的喷涂表面喷射步骤(2)中生成的聚脲混合物，喷射完成后干燥形成聚脲弹性体层。
进一步限定，所述步骤(2)中聚脲的A组分为端羟基化合物与异氰酸酯反应制得的半预聚物，聚脲的B组分为端氨基树脂和端氨基扩链剂组成的混合物。
进一步限定，所述步骤(1)中设定聚脲喷涂旋转装置的转速为4～6秒每圈。
进一步限定，所述步骤(3)中喷射容腔的喷口与药柱的喷涂表面之间的距离为300～400㎜。
进一步限定，其特征在于，所述步骤(3)中喷射容腔沿着垂直方向的移动速度为1～1.5m/s；喷射容腔的喷口向药柱的喷涂表面喷射聚脲混合物的流量为150～300g/s。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明的包覆套为聚脲弹性体层，聚脲弹性体层与药柱粘结可靠，不会发生脱粘的现象；本发明的聚脲是通过喷涂的方法涂覆在药柱的喷涂表面，可以有效地避免在聚脲弹性体层内表面与药柱之间夹带气体，聚脲弹性体层耐老化性能和热稳定性能都很好，不仅大大提高了产品的成品率，而且保证了药柱燃烧时的可靠性和发动机工作时的稳定性。
2、本发明的固体火箭发动机药柱包覆方法，其操作工艺简单，喷涂后不会发生流挂，聚脲弹性体层固化快，产品的生产效率高。
附图说明
图1为现有技术中药柱及包覆套的结构示意图；
图2为发动机地面试验压强时间曲线；
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案及方法步骤进行进一步地解释说明，但本发明并不限于以下说明的实施方式。
本发明的固体火箭发动机药柱包覆结构包括药柱和包覆套，包覆套包裹在药柱外部，包覆套为聚脲弹性体层，聚脲弹性体层平均厚度为1.8～2.2㎜。
实施例1
本实施例的固体火箭发动机药柱包覆结构，其聚脲弹性体层平均厚度为2.0㎜。
实现本实施例的固体火箭发动机药柱包覆结构的包覆方法，具体包括以下步骤：
(1)将成型的药柱固定在聚脲喷涂旋转装置上，并设定聚脲喷涂旋转装置的转速为5秒每圈；
(2)使用两个喷射装置分别将聚脲的A组分和聚脲的B组分喷入聚脲喷涂旋转装置的喷射容腔内，使A组分和B组分在喷射容腔内发生反应，生成聚脲混合物；
(3)将喷射容腔的喷口与药柱的喷涂表面调整至350㎜，使喷射容腔沿着垂直方向以1m/s的速度上下移动，喷射容腔向药柱的喷涂表面以为200g/s的流量喷射步骤(2)中生成的聚脲混合物，喷射完成后干燥形成聚脲弹性体层。
实施例2
本实施例的固体火箭发动机药柱包覆结构，其聚脲弹性体层平均厚度为1.8㎜。
实现本实施例的固体火箭发动机药柱包覆结构的包覆方法，具体包括以下步骤：
(1)将成型的药柱固定在聚脲喷涂旋转装置上，并设定聚脲喷涂旋转装置的转速为4秒每圈；
(2)使用两个喷射装置分别将聚脲的A组分和聚脲的B组分喷入聚脲喷涂旋转装置的喷射容腔内，使A组分和B组分在喷射容腔内发生反应，生成聚脲混合物；
(3)将喷射容腔的喷口与药柱的喷涂表面调整至300㎜，使喷射容腔沿着垂直方向以1.5m/s的速度上下移动，喷射容腔向药柱的喷涂表面以为150g/s的流量喷射步骤(2)中生成的聚脲混合物，喷射完成后干燥形成聚脲弹性体层。
实施例3
本实施例的固体火箭发动机药柱包覆结构，其聚脲弹性体层平均厚度为2.2㎜。
实现本实施例的固体火箭发动机药柱包覆结构的包覆方法，具体包括以下步骤：
(1)将成型的药柱固定在聚脲喷涂旋转装置上，并设定聚脲喷涂旋转装置的转速为6秒每圈；
(2)使用两个喷射装置分别将聚脲的A组分和B聚脲的组分喷入聚脲喷涂旋转装置的喷射容腔内，使A组分和B组分在喷射容腔内发生反应，生成聚脲混合物；
(3)将喷射容腔的喷口与药柱的喷涂表面调整至400㎜，使喷射容腔沿着垂直方向以1m/s的速度上下移动，喷射容腔向药柱的喷涂表面以为300g/s的流量喷射步骤(2)中生成的聚脲混合物，喷射完成后干燥形成聚脲弹性体层。
参见图2，对用实施例1中的固体火箭发动机药柱包覆结构制作的端面药柱以随机抽样的方式进行地面点火试验压强测试，发现固体火箭发动机工作无任何异常，采集到的数据曲线走势平稳，说明药柱燃面平稳，表明不存在气孔和脱粘的现象，药柱的成品率明显提高。
针对实施例2和实施例3中的固体火箭发动机药柱包覆结构制作的端面药柱同样以随机抽样的方式进行地面点火试验压强测试，其结果与实施例1相同；说明通过本发明的固体火箭发动机药柱包覆结构制作的端面药柱燃面平稳，不存在气孔和脱粘的现象，能够明显地提高药柱的成品率。
上述实施例1、实施例2和实施例3中聚脲的A组分是由端羟基化合物与异氰酸酯反应制得的半预聚物；B组分是由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成的混合物。所用的混合装置是在底座上端安装一个旋转芯模，在旋转芯模的上方安装一个喷涂装置，把药柱套在旋转芯模上，然后通过喷涂装置给药柱表面喷涂聚脲混合物，形成聚脲弹性体层。
