具有一定
几何形状和
尺寸的
固体推进剂。安放于
固体火箭发动机燃烧室中的药柱,几何形状和尺寸的选择与发动机的工作时间、燃烧室压力和推力有关,同时也影响药柱的结构完整性和发动机的质量比(推进剂质量与发动机总质量之比)。
⑤喉通比:喷管喉部面积与药柱通道出口处面积之比,它影响药柱燃烧时的
侵蚀效应。
药柱依燃烧面积随时间变化的规律分为恒面、增面和减面燃烧药柱;依燃面所处位置分为端面、侧面和端-侧面燃烧药柱;依燃面法线在空间直角坐标系中的投影数分为一维、二维和三维药柱;依药柱的外形分为柱形和球形药柱。
①端面燃烧药柱:燃面由药柱尾端沿轴线向头部推进,属于一维药柱。这种药柱的特点是恒面燃烧,燃烧时间长,推力小,容积装填系数大(0.90~0.95),适用于低推力、长时间工作的小型发动机和
燃气发生器。为了提高推力,可采用
高燃速推进剂或沿药柱轴向埋置高燃速推进剂药条和导热性好的
金属(
银、
铜等)丝。
②侧面燃烧药柱:燃面平行于药柱轴线,属于二维药柱。药柱横截面可有各种几何形状(图1)。这种药柱燃烧面积较大,能产生较大的推力。常用的是内侧面燃烧药柱,贴壁浇铸于燃烧室内。药柱肉厚在燃烧时起隔热作用,有利于减轻燃烧室的结构重量。内孔为星形的药柱(图1g)容积装填系数较大(0.75~0.85),燃烧时间较长,推力中等,用于
运载火箭或
导弹的主发动机;内孔为轮毂形的药柱(图1e)肉厚系数小(0.2~0.3),容积装填系数小(0.65~0.7),用于工作时间短、推力大的助推器。
③端-侧面燃烧药柱:属于三维药柱,端面不包覆,内孔头部呈半球形。开槽管形药柱、分段管形药柱以及翼柱形和锥柱形药柱都属于这类药柱。后两种具有较大的容积装填系数(0.85~0.95)和良好的结构完整性,适用于药柱长径比为1~2和2~4的大型发动机。
④球形药柱:外形呈球状,内孔为星形,容积装填系数可高达0.95,属于三维药柱。球形药柱的壳体表面积和应力最小,结构重量轻,广泛用于
航天器上。
⑤双推力药柱:由两种不同燃烧面积的药型或两种不同燃速推进剂所构成的药柱,燃烧时先提供较大的推力,随后提供较小的推力,分别用于助推和
续航。
药柱结构完整性对于贴壁
浇铸的几何形状复杂的药柱十分重要。药柱在制造、贮存、运输和使用过程中会受到固化冷却、环境温度、
加速度、
冲击、
振动和压力等的作用。因此药柱除满足内弹道性能要求外,还应能承受各种应力。为了能保持良好的结构完整性,除提高推进剂的力学性能外,须对药柱的几何结构进行合理的设计,如增大孔槽的
曲率半径,减小肉厚系数,在药柱两端设置应力松弛套或人工脱粘层等。