导弹推进系统
导弹推进系统
missile propulsion system
利用反作用原理为导弹飞行提供动力源的装置。亦称动力装置。它通常由喷气发动机和推进剂供应系统两大部分组成，喷气发动机分为火箭发动机和空气喷气发动机两大类。前一类携带氧化剂和燃烧剂，适用于在大气层外飞行的导弹，通常有固体火箭发动机、液体火箭发动机和固－液火箭发动机。后一类只携带燃烧剂，要依靠空气中的氧才能工作，适用于在大气层内飞行的导弹，通常有涡轮喷气发动机、涡轮风扇喷气发动机和冲压喷气发动机。
发展简史中国不迟于12世纪中叶，就使用了以火药燃气作推力的火箭。这种火箭，是以竹壳或纸缠成药筒，内装火药，底部有点火引线和排气孔。点燃后，火药燃气由排气孔喷出产生推力，推动火箭飞向远方。这实际是现代固体火箭发动机的雏型。到19世纪末和20世纪初，一些国家在探索星际航行的同时，对喷气反作用原理及其应用也进行了广泛研究。如1903年，俄国科学家..齐奥尔科夫斯基提出用氢、氧作为推进剂的液体火箭发动机的设想。1926年，美国火箭技术科学家R.H.戈达德首次发射了一枚以液氧加煤油作推进剂的无控液体火箭。1937年，英国发明家F.惠特尔试验成功第一台涡轮喷气发动机。这些都为喷气动力的实际应用奠定了基础。
在第二次世界大战中，德国将脉动冲压喷气发动机用于 V-1巡航导弹，将以液氧加酒精作推进剂的液体火箭发动机用于V-2弹道导弹，将固体火箭发动机用于“蝴蝶”地空导弹。战后，一些国家在此基础上发展了各自的推进系统，尤其是液体火箭发动机，随着设计的逐步完善，被广泛地应用于战略弹道导弹。如50年代美国的“大力神”和苏联的SS-4导弹，均采用液体火箭发动机。60年代以来，由于固体火箭发动机一些关键技术的突破，美国新研制的弹道导弹大都采用固体火箭发动机，而苏联的同类导弹则多数仍沿用液体火箭发动机。在此期间，还出现了耗油率低、效率高的小型涡轮风扇喷气发动机，为发展巡航导弹提供了先进的推进系统。美国于80年代初装备的 BGM-109“战斧”巡航导弹，采用了一台涡轮风扇喷气发动机。
固体火箭发动机用固态物质作为推进剂的火箭发动机。通常由壳体(燃烧室)、固体推进剂、喷管、点火装置和推力终止装置等组成。壳体内装填推进剂，又作燃烧室,并传递推力。固体推进剂的燃烧剂和氧化剂，可以是混合型（矿物氧化剂和有机燃烧剂的混合物），也可以是双基型（其分子包含有燃烧剂和氧化剂的有机凝胶混合物），可浇铸成型或做成药柱装填。喷管用于超音速排出燃气，产生反作用推力。有的喷管可以摆动或装有偏流装置，用来控制推力向量。点火装置在点火指令控制下产生高温高压火焰，用以点燃推进剂。弹道导弹或运载火箭的末级固体火箭发动机为控制末级速度，往往装有推力终止装置，用于在关机指令控制下,将燃烧室内的压力泄掉,火焰熄灭，使推力终止。固体火箭发动机的推进剂密度大，结构简单紧凑，使用方便，发射准备时间短，可靠性较高。但比推力较低，结构重量较大,推力终止精度低,重复启动困难，在运输、贮存中对环境条件要求较严格。因而，研制高能固体推进剂，提高推力控制精度和改进大型装药的制造工艺，是其发展方向。
液体火箭发动机用液态物质作为推进剂的火箭发动机。通常由推力室、推进剂供应系统和发动机控制系统等组成。推力室包括注油器、燃烧室、喷管等。推进剂供应系统包括推进剂贮箱、输送管路、活门和自动调节器等。液体火箭发动机根据所用的推进剂性质，可分为自燃和非自燃、单组元和双组元等类型。根据推进剂供应方式，又可分为挤压式和泵压式。挤压式结构简单，但性能较低，仅适用于要求推力较小的导弹；泵压式系统虽较复杂，但性能较高。图 2是典型的双组元推进剂、再生冷却、泵压式系统的液体火箭发动机。
其工作原理是：燃气发生器产生燃气推动燃气涡轮机，后者带动燃烧剂泵和氧化剂泵。推进剂经过泵后具有很高的压头，再经喷嘴呈雾状进入燃烧室燃烧，产生的高温高压燃气（温度2000～4500K，压力147×10～1960×10Pa），经喷管以超音速排出，产生反作用推力。为了给贮箱提供适当的压力，以保证泵正常工作，需采用增压系统。增压用的工质可以是贮存在蓄压器中的气体，也可以是燃气、涡轮废气或汽化的一种推进剂。为了冷却燃烧室，往往使一种推进剂通过燃烧室夹壁（冷却套）后再进入燃烧室，称再生冷却。如工作时间短，可用不冷却燃烧室的液体火箭发动机。目前性能最好的是高压补燃式液体火箭发动机，其特点是燃烧室压力高，结构尺寸小，燃气发生器的燃气推动涡轮机后进入燃烧室二次燃烧，而不当作废气排出，因此比推力高。液体火箭发动机比推力较高，工作时间长，调节推力、关机和再次启动较容易，并易于实现多发动机并联使用。但结构复杂,发射准备时间长,操作使用不便。研制高性能的液体推进剂，提高发动机的比推力，减轻结构重量和扩大性能参数的调节范围，是其发展方向。
固－液火箭发动机通常采用固体燃烧剂和液体氧化剂，也可采用固体氧化剂和液体燃烧剂。通常由增压气瓶、喷注器、燃烧室、喷管、液体氧化剂箱和环形装药（固体燃烧剂）等组成。