[0001] 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高能小型包覆药柱及其成型方法。

[0002] 在固体火箭发动机技术领域中，小型包覆药柱扮演着不可或缺的角色，其作为固体火箭发动机点火器或燃气发生器的关键组成部分，通过燃烧过程释放出特定的能量或产生动力，从而驱动发动机完成一系列工作流程。

[0003] 传统的小型包覆药柱采用包覆套将螺压成型后的推进剂的侧面部分用包覆材料予以包裹，仅仅预留出一端作为起始燃烧面。在这种结构中，包覆套紧密贴合在推进剂的侧面，形成对推进剂的保护和限制燃烧区域的作用。通常情况下，仅预留出一端作为起始燃烧面，这使得推进剂的燃烧过程从预留出一端开始，按照预先设计好的包覆型面逐步进行燃烧反应；然而，在发动机工作时，由于小型包覆药柱燃烧面主要集中在预留的起始端，并沿着包覆型面逐步扩展，这种燃烧方式在一般情况下推进剂燃烧速度较小。在有限的药量条件下，短时间内释放的能量也相对较少。随着火箭技术朝着更高性能、更特殊应用场景的发展，对能量获取提出了更为严苛的要求，需要在有限药量下实现瞬间更大能量的爆发；同时传统的小型包覆药柱包覆材料及其相应的包覆工艺在面对实现瞬间爆发高能量需求时存在诸多问题。一方面，传统包覆材料耐烧蚀性差，药柱燃烧速度大幅提高时，难以抵御高温、高压及高速燃气流冲击侵蚀，易出现燃烧掉块现象。这些掉块一旦进入喷管喉道部位，极有可能造成喉道堵塞，从而严重影响产品的正常工作，甚至可能引发发动机故障，危及火箭发射任务的安全。另一方面，现有的包覆工艺在精确控制药柱的燃烧面形状和尺寸方面存在不足，难以确保在高燃速下燃烧过程中的稳定性和均匀性，导致能量无法高效释放利用。

[0004] 因此，需要设计一种改善上述问题的包覆药柱及其成型方法。

[0005] 为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种高能小型包覆药柱，包括药柱及包裹在所述药柱外侧的包覆套；所述包覆套为一端封闭的环形套，所述包覆套具有耐烧蚀性，用于在药柱燃烧过程中防止包覆套燃烧掉块；
所述包覆套包括液体硅橡胶100‑150份、芳纶纤维1‑2份、高岭土5‑10份、耐烧蚀树脂15‑20份、气相二氧化硅10‑20份和2份固化剂；通过所述液体硅橡胶100‑150份、芳纶纤维
1‑2份、高岭土5‑10份、耐烧蚀树脂15‑20份、气相二氧化硅10‑20份和2份固化剂预混料及装入长方体型立式模具中模压成型；
所述药柱远离被包覆套包裹的一端及其侧壁上分别设置有第一燃烧孔和第二燃烧孔，用于通过第一燃烧孔和第二燃烧孔同时燃烧来加大包覆药柱的燃烧面。

[0006] 进一步，所述芳纶纤维长度为2‑3mm。

[0007] 进一步，所述第一燃烧孔为圆形内孔，所述第二燃烧孔为竖向长条孔，所述药柱一端中心处设置所述圆形内孔，且所述药柱侧壁上设置所述竖向长条孔。

[0008] 进一步，所述长方体型立式模具包括内套环，所述内套环为分瓣结构，用于便于对固化后的药柱和包覆套脱模，且所述内套环内壁上设有凸起，用于成型药柱侧壁上的竖向长条孔。

[0009] 进一步，所述内套环的内壁上设置有聚四氟乙烯涂层，所述聚四氟乙烯涂层的厚度为0.01‑0.02mm，用于防止包覆套与内套环内壁粘接影响脱模。

[0010] 一种高能小型包覆药柱的成型方法，包括以下步骤：S1，药柱表面处理，首先在药柱侧壁上刷涂表面处理剂，然后晾干至少2h；
S2，装配，将药柱装入长方体型立式模具中，其中，长方体型立式模具由上模、内套环、导套和下模组成，装配时，首先将药柱套在上模上，然后将导套套在上模上，将内套环装入导套后与下模装配；将制备好的包覆套装入内套环内；接着将上模装入内套环并与下模定位，最后清理溢出多余包覆套，最后用 U 型夹夹紧长方体型立式模具；
S3，固化，将装配好的长方体型立式模具和药柱置于防爆型真空烘箱内，在真空条件下，使包覆套和药柱一体固化成型；
S4，脱模，固化完成后，从长方体型立式模具中取出药柱静置至室温，按顺序拆卸长方体型立式模具各部件，分离内套环与药柱，清理药柱飞边及其侧壁上竖向长条孔表面多余的包覆套；
S5，检验，根据设计图纸尺寸检查包覆药柱尺寸，燃烧面形状和尺寸是否精确，包覆药柱外观是否完好，同时进行无损探伤，确认界面有无脱粘现象。

[0011] 进一步，所述表面处理剂为偶联剂，用于增强药柱与包覆套的粘接效果。

[0012] 进一步，步骤S3中，在真空条件下，温度控制在 40℃‑50℃，固化4h‑6h，使得包覆套和药柱一体固化成型；本发明的有益效果：
（1）本发明包覆药柱包括药柱及包裹在所述药柱外侧的包覆套，药柱远离被包覆套包裹的一端及其侧壁上分别设置有第一燃烧孔和第二燃烧孔，用于通过第一燃烧孔和第二燃烧孔同时燃烧来加大包覆药柱的燃烧面；在药量一定的情况下提升燃烧速度，实现燃烧瞬间更高能量输出，有效满足火箭发动机对高能量的需求；设置长方体型立式模具，保证药柱成型精度，设置内套环为分瓣结构及在内套环内壁上设置聚四氟乙烯涂层，有效解决了包覆药柱脱模难题，提高了生产效率和药柱质量，药柱外侧包裹包覆套，使得药柱具有良好的耐烧蚀性能，在药柱燃烧过程中能有效防止包覆层燃烧掉块堵塞喉道；
（2）本发明高能小型包覆药柱成型过程中，从对药柱进行表面处理到装配、固化和脱模，各个环节紧密配合，确保包覆药柱尺寸精确及其燃烧面形状和尺寸稳定，使得药柱在高燃速下燃烧过程中的稳定性和均匀性，药柱的能量被高效释放和利用。
附图说明

[0013] 图1为本发明包覆药柱结构示意图；图2本发明长方体型立式模具结构示意图；
附图标记：
图中：1‑上模，2‑内套环，3‑导套，4‑下模。

[0014] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0015] 请参阅图1‑2，本发明提供一种高能小型包覆药柱，包括药柱及包裹在所述药柱外侧的包覆套；所述包覆套为一端封闭的环形套，所述包覆套具有耐烧蚀性，用于在药柱燃烧过程中防止包覆套燃烧掉块；
所述包覆套包括液体硅橡胶100‑150份、芳纶纤维1‑2份、高岭土5‑10份、耐烧蚀树脂15‑20份、气相二氧化硅10‑20份和2份固化剂；通过所述液体硅橡胶100‑150份、芳纶纤维
1‑2份、高岭土5‑10份、耐烧蚀树脂15‑20份、气相二氧化硅10‑20份和2份固化剂预混料及装入长方体型立式模具中模压成型；
所述药柱远离被包覆套包裹的一端及其侧壁上分别设置有第一燃烧孔和第二燃烧孔，用于通过第一燃烧孔和第二燃烧孔同时燃烧来加大包覆药柱的燃烧面；
进一步，所述芳纶纤维长度为2‑3mm。

[0016] 进一步，所述第一燃烧孔为圆形内孔，所述第二燃烧孔为竖向长条孔，所述药柱一端中心处设置所述圆形内孔，且所述药柱侧壁上设置所述竖向长条孔。

[0017] 进一步，所述长方体型立式模具包括内套环，所述内套环为分瓣结构，用于便于对固化后的药柱和包覆套脱模，且所述内套环内壁上设有凸起，用于成型药柱侧壁上的竖向长条孔；进一步，所述内套环的内壁上设置有聚四氟乙烯涂层，所述聚四氟乙烯涂层的厚度为0.01‑0.02mm，用于防止包覆套与内套环内壁粘接影响脱模；
一种高能小型包覆药柱的成型方法，包括以下步骤：
S1，药柱表面处理，首先在药柱侧壁上刷涂表面处理剂，然后晾干至少2h；
S2，装配，将药柱装入长方体型立式模具中，其中，长方体型立式模具由上模、内套环、导套和下模组成，装配时，首先将药柱套在上模上，然后将导套套在上模上，将内套环装入导套后与下模装配；将制备好的包覆套装入内套环内；接着将上模装入内套环并与下模定位，最后清理溢出多余包覆套，最后用 U 型夹夹紧长方体型立式模具；
S3，固化，将装配好的长方体型立式模具和药柱置于防爆型真空烘箱内，在真空条件下，使包覆套和药柱一体固化成型；
S4，脱模，固化完成后，从长方体型立式模具中取出药柱静置至室温，按顺序拆卸长方体型立式模具各部件，分离内套环与药柱，清理药柱飞边及其侧壁上竖向长条孔表面多余的包覆套；
S5，检验，根据设计图纸尺寸检查包覆药柱尺寸，燃烧面形状和尺寸是否精确，包覆药柱外观是否完好，同时进行无损探伤，确认界面有无脱粘现象。

[0018] 进一步，所述表面处理剂为偶联剂，用于增强药柱与包覆套的粘接效果。

[0019] 进一步，步骤S3中，在真空条件下，温度控制在 40℃‑50℃，固化4h‑6h，使得包覆套和药柱一体固化成型；实施例1，根据如图1所示包覆药柱结构，高能小型包覆药柱的成型过程为：
包覆套制备：先将100份液体硅橡胶和芳纶纤维（长度为2‑3mm）1份、高岭土5份、耐烧蚀树脂15份和气相二氧化硅10份进行预混合，预混合均匀后抽真空1h，再加入2份固化剂搅拌0.5h后待用；
其中，所述芳纶纤维长度为2‑3mm；其在包覆套中起到增强作用，提升包覆套整体强度与耐烧蚀性能；固化剂为有机锡化合物，有机锡化合物为二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡；耐烧蚀树脂在极端高温环境下保持其结构和性能不变的树脂材料；耐烧蚀树脂由有机组分和无机组分构成的有机‑无机杂化树脂，有机组分主要由聚己内酯多元醇、丁二酸酐和氨基丙基三乙氧基硅烷反应制备；无机组分为硅烷改性的溶胶。无机组分通过化学键的方式与有机组分结合，形成稳定的互穿网络结构；液体硅橡胶为高性能的有机硅材料，液体硅橡胶为双组份液体硅橡胶；
药柱表面处理，在螺压好的药柱侧壁上刷涂表面处理剂，然后晾干至少2h，确保表面处理剂充分发挥作用，为后续固化成型奠定良好基础；其中，表面处理剂为偶联剂，用于增强药柱与包覆套的粘接效果；
装配，将药柱装入长方体型立式模具中，其中，所述长方体型立式模具由上模1、内套环2、导套3和下模4组成，所述内套环2为分瓣结构，由2‑4瓣组成；便于脱模，内套环2的内壁设有凸起，用于成型药柱侧壁竖向长条孔；装配时，首先将药柱套在上模1上，再将导套3套在上模1上，然后将内套环2装入导套3后与下模4装配；最后将制备好的包覆套装入内套环2内；接着将上模1装入内套环2并与下模4定位，清理溢出多余包覆套，最后用U型夹夹紧长方体型立式模具，确保各部件紧密配合，保证药柱成型精度；
其中，设计长方体型立式模具，参考图2设计该长方体型立式模具；
固化，将装配好的长方体型立式模具和药柱置于防爆型真空烘箱内，在真空条件下，温度控制在 40℃，固化4h，使得包覆套和药柱一体固化成型，确保药柱结构稳定，保证包覆套与药柱结合紧密，为药柱性能提供保障；
脱模，固化完成后，取出药柱静置至室温，按顺序拆卸U型夹、下模4、上模1、导套3和内套环2，分离内套环2与药柱，清理药柱飞边及其侧壁上竖向长条孔表面多余的包覆套，操作严格遵循火工品安全操作要求，确保生产过程安全可靠，同时保证药柱外观质量；其中，所述内套环2的内壁上喷涂聚四氟乙烯涂层，所述聚四氟乙烯涂层的厚度为0.01‑
0.02mm，用于防止包覆套与内套环2内壁粘接影响脱模；
检验，根据设计图纸尺寸检查包覆药柱尺寸，燃烧面形状和尺寸是否精确，包覆药柱外观是否完好，同时进行无损探伤，确认界面有无脱粘现象，将检验合格的产品按火工品要求包装保存，确保投入使用的包覆药柱质量可靠。

[0020] 实施例2，根据如图1所示包覆药柱结构，高能小型包覆药柱的成型过程为：包覆套制备：先将100份液体硅橡胶与芳纶纤维（长度为2‑3mm）2份、高岭土7份、耐烧蚀树脂18份和气相二氧化硅15份进行混合，混合均匀后抽真空1h，再加入2份固化剂搅拌
1h待用；
药柱表面处理，在螺压好的药柱粘接面刷涂两遍偶联剂作为表面处理剂，晾干至少2h；
装配，与实施例1 的装配步骤相同；
固化，将装配好的长方体型立式模具和药柱置于防爆型真空烘箱内，在真空条件下，温度控制在50℃，固化6h；
脱模，固化完成后，取出药柱静置至室温，按顺序拆卸U型夹、下模4、上模1、导套3和内套环2，将内套环2与药柱分离，清理药柱飞边及其侧壁上竖向长条孔表面多余的包覆套，操作按火工品安全要求进行脱模处理；
检验，根据设计图纸尺寸检查包覆药柱尺寸，燃烧面形状和尺寸是否精确，包覆药柱外观是否完好，同时进行无损探伤，确认界面有无脱粘现象，将检验合格的产品按火工品要求包装保存。

[0021] 值得说明的是，（1）本发明包覆药柱包括药柱及包裹在所述药柱外侧的包覆套，药柱远离被包覆套包裹的一端及其侧壁上分别设置有第一燃烧孔和第二燃烧孔，用于通过第一燃烧孔和第二燃烧孔同时燃烧来加大包覆药柱的燃烧面；在药量一定的情况下提升燃烧速度，实现燃烧瞬间更高能量输出，有效满足火箭发动机对高能量的需求；（2）设置长方体型立式模具，保证药柱成型精度，设置内套环为分瓣结构及在内套环内壁上设置聚四氟乙烯涂层，有效解决了包覆药柱脱模难题，提高了生产效率和药柱质量；
（3）药柱外侧包裹包覆套，使得药柱具有良好的耐烧蚀性能，在药柱燃烧过程中能有效防止包覆层燃烧掉块堵塞喉道，确保固体火箭发动机正常工作。

[0022] （4）经多次试验及点火验证，本发明包覆药柱在燃烧瞬间可获得更高能量，包覆药柱成型过程中，从对药柱进行表面处理到装配、固化和脱模，各个环节紧密配合，确保包覆药柱尺寸精确及其燃烧面形状和尺寸稳定，使得药柱在高燃速下燃烧过程中的稳定性和均匀性，药柱的能量被高效释放和利用；包覆套耐烧蚀性良好，有效推动固体火箭发动机技术发展，在实际应用中具有重要意义。

[0023] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。