玉兔2A火箭首次试射点火不成功的原因分析
虎哥2011/08/14喷气推进 IP:四川
在某次玉兔2号火箭实效发射试验中,点火不成功,火箭没有离开发射架。

现象:点火后发动机立即发火,发出一声喘气声,并喷出少量火焰,持续约2秒,随后熄火。

点火方式:等离子弧点火。

燃料:高氯酸铵—环氧树脂(RAP),含增塑剂。发动机为高强度合金钢材料。

试验前对该发动机使用的燃料抽样进行了开放点火试验,没有发现任何异常,燃烧充分、均匀,产气量大,无烟。

对故障发动机进行了分析,X光片(图1)显示,只有最靠近喷管的药柱被点燃,烧掉一个圆锥状药层后熄火。

(图1,工作后的发动机,高感度X光片,2mA,100KV,5min)
IMG_6731.jpg

燃料质量虽然有一些瑕疵(图2),但不论是图1显示的瑕疵,还是图2显示的瑕疵,都不足以引起点火不成功。

(图2,第二行为工作后的药柱,2mA,65KV,5s,实际上除靠近喷管处的一节之外,其余药柱均未点燃)
IMG_6726.jpg

燃料表面镜检,应该说是基本均匀的(图3),虽然有一些数十微米级别的大粒AP晶体碎片(图4),但也不足以引起点火不成功。

(图3,100倍镜检)
DSC_8332.jpg

(图4,400倍镜检)
DSC_8342.jpg

可以看到,药柱有少量瑕疵,按照以往经验,瑕疵可能导致燃料爆轰或发动机内压超过耐压而爆炸,但这些瑕疵不会引起点火不成功。

有一节药柱有较大缺陷(图5),但是点火并呈现锥形的药柱并不是这一节。其它药柱未发现类似缺陷。
(图5,药柱端面)
IMG_6741.jpg

为了彻底找到原因,进行了地面试车试验。当采用0.5克左右的强力点火药粉制成点火头进行爆燃式点火时,点火药粉所在的燃料段正常燃烧,推力达到设计值,马赫环出现(图6)。其余燃料段缓慢燃烧,冒出亮黄色火焰,无推力(图7)。

(图6,点火后约0.5秒)
1.jpg

(图7,点火后约8秒)
2.jpg   

结论:综合各方面因素,排除药柱瑕疵、发动机瑕疵、点火装置故障导致点火不成功的可能。该次试验点火不成功,是因为点火方式与燃料形式不匹配导致的。

作者:echo,虎哥(撰文),SS,焓熵,咸鱼,猴子,拉风,神话,风云等

RAP燃料是一种性能非常出色的燃料,但是工艺难度非常高。在图2最下面一排左起第三个药柱上,内孔上部阴影区域表示捏合不均,而捏合与固化是矛盾的,固化与真空排气也有矛盾。因此还需在工艺流程方面做进一步的完善。玉兔2号的航电部分在试验中工作正常。
+50  科创币    qharryq    2011/08/14 这个X光机太有爱了!期待下一枚火箭的成功!
+50  科创币    370596521    2011/08/14 发射日期这么吉利,怎么火箭不给力!
+50  科创币    拔刀斋    2011/08/14 年会结果总算出来了
来自:航空航天 / 喷气推进
23
 
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~~空空如也
虎哥 作者
13年5个月前 IP:未同步
317131
这次试验前,一直认为RAP发动机已经是非常成熟的技术,不存在任何风险,所以很坚决的选择了RAP发动机作为驱动装置。但是由于前期准备不足,时间赶得太紧,没有严格贯彻严谨细致,万无一失的精神,在成熟方案上发生了失误。
主要问题是:
1、换用新的材料时没有严格批号管理,事先申告不清,未进行论证,并错误的取消了地面试车流程;
2、燃料特性测试设施不健全,没有对不同批次的燃料进行特性测试,套用了经验数据;
3、未准备备用方案,点火不成功后,分析和解决问题节奏较慢,耗时较长,因此未能采取补救措施。

正如ehco所述,点火不成功的主要原因,是以前批次的燃料,采用自行生产的原材料,其中混有具有烈性催化作用的杂质。而本次试验的燃料,采用了零星购买的材料,里面的杂质含量发生了变化,其催化作用强弱有变。总之,对于RAP燃料,任何材料改换不同批号、不同厂家(包括AP、环氧树脂、固化剂、增塑剂)、改变工艺(如真空条件、捏合时间、颗粒配级、固化温度等)以及改变配料比,都必须严格进行数据登记,并进行特性参数的测试。应该制定特性参数的容许范围标准,超出标准的不能使用,还要根据燃料特性的不同修订外弹道数据。
相对来说,RAP比KNDX的可靠性要高,上述原则同样适用于其它类型的燃料。
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虎哥
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刘 虎

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