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國外導彈固體動力技術發展動態

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1.4 固體動力生產商重組合并,企業競爭力不斷增強

著名的固體火箭發動機生產商ATK公司的防務集團公司和宇航集團公司與美國運載火箭與衛星研制生產商軌道科學公司正式完成合并,合并后公司名稱為軌道ATK。軌道ATK公司的總部設在杜勒斯(軌道科學公司總部),將雇用1.3萬名員工。其中包括4300名工程師和科學家、7400名生產與操作專業技術人員,其工程中心、研究實驗室、生產車間、測試與發射場分布于美國17個州。新公司中ATK公司持股53.8%,軌道科學公司持股46.2%,將進軍航天發射和衛星領域,為美國及國際客戶提供運載火箭與火箭推進系統、戰術導彈和國防電子、衛星與航天系統、軍火系統與彈藥以及商業和軍用衛星結構及相關部件,預計年收入將達到45億美元。隨著固體動力行業巨頭ATK公司與軌道科學公司合并,美國國防軍工企業中又增加了一個大型軍工集團,逐步將產業鏈延伸至航天與導彈武器上游,擴大企業效益。

法國固體動力行業巨頭赫拉克里斯公司繼續拓展固體動力產業,進軍未來具有很大發展前景的固體推進劑回收、銷毀和再利用產業,同時收購歐洲最大的點火裝置和工業安全滅火器制造商航空宇航推進公司70%股份,進一步提升固體動力產業的行業覆蓋率,拓展在火化工安全領域的產品,增強企業發展競爭力。

2 國外戰術導彈固體動力技術發展

與液體姿軌控發動機相比,固體姿軌控發動機具有結構簡單、安全性高、性能好、體積小、貯存周期長、維護使用方便的特點。固體火箭發動機主要由推進劑藥柱、燃燒室、噴管組件、點火裝置等組成。其中,固體姿軌控推力系統結構設計、發動機材料技術、固體推進劑技術等直接影響固體發動機的性能。

2.1 固體姿軌控推力系統技術

在反導系統的需求促進下,國外固體姿軌控技術近年取得了較大進步,美國標準-3導彈上的固體姿軌控系統更是代表了最新技術發展水平。用于標準-3 Block IIA 和標準-3 Block IB 導彈、性能更高的節流式固體姿軌控系統將會取代原有的脈沖型固體姿軌控系統,以提高靈活性、降低成本。在目前主要的固體姿軌控系統結構設計中,針形閥結構與并聯結構的固體姿軌控系統最值得關注。

1 節流式固體姿軌控系統性能更高,將逐步取代脈沖型固體姿軌控系統

標準-3導彈采用ATK公司負責研制的脈沖型固體姿軌控系統(SDACS),系統包括6個姿控發動機和4個軌控發動機,推進劑質量為4.5kg,推進劑類型為HTPB /AP,采用三藥柱、雙脈沖設計。其中,脈沖1藥柱采用TPH-3510推進劑,脈沖2藥柱采用TP-H-3511推進劑,續航藥柱采用TP-H-3512推進劑。發動機殼體材料采用石墨/環氧樹脂、碳/碳鍍錸和碳化鉿。整個系統工作時間20s,機構質量約7 kg。

標準-3 Block IIA和標準-3BlockIB導彈采用節流式固體姿軌控系統,該系統由航空噴氣發動機公司研制。節流式固體姿軌控系統實際上包括1個火箭發動機,4個主要轉向噴管和6個姿控噴管,可提供精確推進,使標準-3 Block IIA導彈能以高精度攔截來襲的彈道導彈。具體來說,該系統包括10個均衡的樞軸推進器,其中4個用于動能戰斗部的橫向移動,其余6個用來保持動能戰斗部導引頭對目標的角度和視角調整。彈體上的電子控制裝置和軟件通過抑制彈體的上下燃燒壓力,在高推力與滑行期之間進行調整,控制固體推進氣體發生器的推力水平。

2 針形閥與并聯結構固體姿軌控系統結構設計受到關注

目前,主要有兩種結構設計的固體姿軌控系統最值得關注,分別是針形閥結構固體姿軌控系統、并聯結構固體姿軌控系統。

針形閥結構固體姿軌控系統的工作原理是通過控制噴管內針栓在不同軸向位置的移動,實現喉部大小的連續可變,進而獲得不同的推力等級。固體火箭發動機的推力矢量控制系統通過相對于火箭發動機主軸線徑向或大體上徑向排列的推力器,使導彈實現“轉向”。通常采用成對的轉向推力器(多為4個或更多) ,每對推力器徑向排列在火箭發動機殼體的相對側。轉向發動機通常呈十字形分布在火箭發動機軸向重心周圍。推力器中采用的針形閥可以是液壓、氣壓或機電式,沿噴管喉部軸向移動。隨著針形閥靠近噴管喉部,喉部通道尺寸減小;針形閥遠離喉部,喉部通道面積增大。通過改變和控制針栓的軸向運動和不同的軸向位置可以實現噴管喉部大小的連續可變,進而實現不同的推力等級。

并聯結構固體姿軌控系統采用多個姿態推力器來控制動能殺傷器(KKV)三軸旋轉的姿態或方向,并采用轉向子系統來改變動能殺傷器軌道,以滿足目標跟蹤系統的要求。典型的轉向子系統包括4個噴管,每隔90°分布在動能殺傷器周邊。每個噴管用于排出氣體,方向與動能殺傷器縱軸相垂直。氣體可以有選擇地從4個噴管中排出,從而實現動能殺傷器在所需方向(通常與動能殺傷器移動方向垂直)上的加速,進而攔截目標。

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