飛航導彈固體火箭發(fā)動機標準化工作研究*

張浩 李艷俠

（1北京動力機械研究所，北京，100074；2北京航天試驗技術(shù)研究所，北京，100074）

1 飛航導彈固體火箭發(fā)動機組成及特點

飛航導彈一般為有翼導彈，是依靠噴氣發(fā)動機的推力和翼面產(chǎn)生升力在大氣層內(nèi)飛行，在主要飛行段內(nèi)利用翼面控制其飛行軌跡的導彈。現(xiàn)代軍事中常用的防空導彈、空空導彈、反艦導彈、空地導彈、反坦克導彈和巡航導彈等都屬于飛航導彈的范疇。

相對于航天火箭、彈道式導彈動輒直徑幾米，長度數(shù)十米，重量幾十噸而言，飛航導彈一般直徑和長度較小 （直徑一般不超過0.8米，長度1米左右，長的也不過二三米），屬于小巧玲瓏的類型。即使是像俄羅斯研制的 “航母殺手” “寶石”、 “馬斯基特”等飛航導彈的 “大個頭”，重量也不過四五噸。當然，隨著世界形勢的發(fā)展，遠程精確打擊和遠程防空反導日益受到重視，飛航導彈的 “個頭”也肯定會不斷加大，但體積和重量相對較小、使用靈活仍將是其長期具有的特點。

固體火箭發(fā)動機是飛航導彈的重要動力裝置形式，除了部分空射型導彈之外，一般飛航導彈都需要固體火箭發(fā)動機做動力。飛航導彈固體火箭發(fā)動機一般由安全點火系統(tǒng)、裝藥燃燒室及噴管和連接密封件等組成。 “安全點火系統(tǒng)”用于保證發(fā)動機存放或戰(zhàn)斗值班過程中的安全，確保導彈發(fā)射時能夠迅速可靠啟動發(fā)動機； “裝藥燃燒室”用來存放發(fā)動機的推進劑，同時也是推進劑燃燒的工作室，是為發(fā)動機貯存和提供推力能量的重要部件； “噴管”是在發(fā)動機工作時把熱能轉(zhuǎn)換成高速噴射的燃氣動能的重要部件，由于噴射的氣流一般都是超聲速的，因此一般采用收縮+擴張的拉瓦爾結(jié)構(gòu)形式。

固體火箭發(fā)動機是飛航導彈的主要動力裝置，是導彈不可或缺的組成部分。飛航導彈固體火箭發(fā)動機根據(jù)用途主要分為三大類：助推器、續(xù)航發(fā)動機、助推續(xù)航一體發(fā)動機，可根據(jù)導彈的射程和飛行彈道形式來選擇所需固體火箭發(fā)動機的類型。

a）用作助推器即為導彈起飛加速動力裝置。比如，美國 “捕鯨叉”反艦導彈、 “戰(zhàn)斧”巡航導彈；俄羅斯 “冥河”、 “寶石”、 “馬斯基特”反艦導彈；英國 “長劍”地空導彈、 “海蛇”、“海標槍”艦空導彈；法國 “織女星”地空導彈等，都是采用固體火箭發(fā)動機作為助推器。這類固體火箭發(fā)動機一般長度較短，直徑等于彈徑或比彈徑稍大，呈短粗形，噴管一般較短。這類發(fā)動機工作時間短、推力大，且在很短的時間就結(jié)束工作，將導彈二級加速到續(xù)航發(fā)動機接力馬赫數(shù)后分離。比較特殊的如法國 “飛魚”空艦導彈助推器采用環(huán)形燃燒室結(jié)構(gòu)，與發(fā)動機組成 “聯(lián)合動力裝置”，工作后不分離；一些反坦克導彈起飛動力裝置工作后也不分離。

b）續(xù)航發(fā)動機作為反艦、地空、反導、空地、反坦克等相對短程導彈的發(fā)動機。這類發(fā)動機一般直徑與彈徑相同或向前逐漸變小，作為彈體的一部分，長度較長，呈細長形，多數(shù)噴管帶有一定長度的尾管結(jié)構(gòu)；工作形式比較多樣，有小推力長時間工作的、單室雙推力的、單室多推力的、甚至是雙脈沖的、推力可調(diào)的等。一般都具有推力較小、工作時間較長的特點。比如，美國 “標準”系列防空反導導彈，在不同的時期就分別采用了單室雙推力發(fā)動機、脈沖發(fā)動機等多種形式的固體火箭發(fā)動機， “霍克”地空導彈采用了單室雙推力固體火箭發(fā)動機；法國的 “飛魚”空艦導彈采用了小推力長時間工作發(fā)動機，工作時間長達150s；德國FOG-M反坦克導彈發(fā)動機采用雙室多脈沖設(shè)計。

c）作為助推續(xù)航一體的發(fā)動機，主要形式有單推力發(fā)動機、單室雙推力發(fā)動機和雙 （多）脈沖發(fā)動機。這類發(fā)動機一般用于防空、空空、空地和反坦克導彈等，一般是細長結(jié)構(gòu)，多數(shù)帶有一定長度的尾管，總工作時間相對較長。如，以色列 “怪蛇 3”、 “怪蛇 4”空空導彈發(fā)動機；英國 “旋火”反坦克導彈發(fā)動機；美國“哈姆”高速反輻射導彈、改進 “百舌鳥”發(fā)動機等均為單室雙推力發(fā)動機。隨著導彈射程增加的需求日益迫切，近年來，增大射程的空地導彈、空空導彈、防空導彈紛紛采用脈沖固體火箭發(fā)動機。

2 飛航導彈固體火箭發(fā)動機標準需求

飛航導彈固體火箭發(fā)動機主要為中小型尺寸，長期以來相關(guān)標準應(yīng)用和工作主要側(cè)重于中小型固體火箭發(fā)動機標準；大型發(fā)動機在飛航導彈中更多用作助推器，而有關(guān)大型固體火箭發(fā)動機標準主要側(cè)重于助推器功能的固體火箭發(fā)動機，對長時間工作的大型發(fā)動機的經(jīng)驗總結(jié)和標準化工作欠缺。同時，由于飛航導彈固體火箭發(fā)動機雖然大多 “個子”較小，但結(jié)構(gòu)形式豐富多樣，技術(shù)要求復雜，應(yīng)用和發(fā)展差異較大，當前標準/規(guī)范偏于同質(zhì)，對特定需求和細化上還應(yīng)該更深一步。

再者，由于國際形勢的發(fā)展，當今世界相比二戰(zhàn)后的任何時候都不太平，飛航導彈向大射程、高速度、高機動、密火力方向發(fā)展，平臺載彈量大增，對固體火箭發(fā)動機快速生產(chǎn)、安全性、環(huán)境適應(yīng)性、能量管理、推力矢量、低可探測性等也提出了越來越高的要求，相應(yīng)的標準化工作也需要跟上發(fā)展需求。

2.1 發(fā)動機設(shè)計標準

除了固體火箭發(fā)動機通用的標準 （如GJB 1026A《固體火箭發(fā)動機通用規(guī)范》）外，飛航導彈固體火箭發(fā)動機要針對產(chǎn)品裝載平臺和飛行使用環(huán)境不同，特別關(guān)注并遵循一些特定的標準規(guī)范，如空空導彈就對固體火箭發(fā)動機提出了特殊的要求 （GJB1018A《空空導彈固體火箭發(fā)動機規(guī)范》），反坦克導彈對發(fā)動機也有特殊的要求（GJB1884《反坦克導彈發(fā)動機通用規(guī)范》），各類導彈都對發(fā)動機設(shè)計提出了特殊的要求。

除關(guān)注與發(fā)動機總體相關(guān)的標準之外，還需要關(guān)注發(fā)動機燃燒室殼體接口設(shè)計、裝藥結(jié)構(gòu)完整性、各種類型的點火器、安全點火裝置設(shè)計等相關(guān)標準，確保產(chǎn)品設(shè)計符合相關(guān)規(guī)范。目前，這部分標準還有欠缺。

2.2 發(fā)動機材料標準

2.2.1 殼體及結(jié)構(gòu)件材料標準

大型固體火箭發(fā)動機主要用作飛航導彈的助推器，與成本效益和內(nèi)部空間利用相比，結(jié)構(gòu)質(zhì)量有所增加尚可接受。因此，殼體材料主要使用金屬材料，同時關(guān)注強度達到1000MPa、1600MPa級的金屬材料標準收集和應(yīng)用。在要求快速生產(chǎn)、強調(diào)低成本產(chǎn)品時采用1000MPa級材料，如有關(guān)30CrMnSiA材料的板材、鋼管、鋼棒、鍛件及其生產(chǎn)加工相關(guān)標準；高性能產(chǎn)品采用1600MPa及以上的材料，如D406A超高強度鋼、馬氏體時效鋼的板材、管材、鋼棒、鍛件及其生產(chǎn)加工相關(guān)標準。

值得注意的是，隨著產(chǎn)品的使用和存放地域不斷擴展，一些高性能的防銹合金鋼材料已經(jīng)越來越多地被飛航導彈固體火箭發(fā)動機所采用，如強度1000MPa級、1300MPa的不銹鋼以及鈦合金材料的板材、鋼管、鋼棒、鍛件及其生產(chǎn)加工相關(guān)標準。

2.2.2 隔熱耐燒蝕材料標準

隔熱耐燒蝕設(shè)計是固體火箭發(fā)動機設(shè)計和驗證的重要工作。隨著發(fā)動機性能要求日益提高，精細化設(shè)計要求也越來越高，體現(xiàn)隔熱層材料的具體性能特點的標準和試驗方法標準對固體火箭發(fā)動機研制具有重要的意義。需要關(guān)注的標準類型有燃燒室隔熱層如9621、三元乙丙等絕熱層各生產(chǎn)廠的標準；發(fā)動機噴管、燃氣舵、擾流片等常用的隔熱、燒蝕材料如玻璃鋼、碳/酚醛、碳/碳、鎢滲銅、石墨等材料的性能、制備和檢測標準等。

另外，隨著飛航導彈航程和速度的提高，發(fā)動機外防護材料需求也逐漸凸顯，相關(guān)材料性能和生產(chǎn)標準也需要增加關(guān)注。

這些標準規(guī)定的材料種類可能相同，但實際性能可能存在較大的差異，使用中應(yīng)該仔細對照各廠家標準的差異，不能盲目引用，避免因為標準差異帶來的性能偏差。必要時，發(fā)動機設(shè)計單位應(yīng)該編制滿足自身需求的材料標準，對不同的廠家提出規(guī)范性的性能要求。

2.2.3 其它普通材料標準

除上述固體火箭發(fā)動機常用材料外，固體火箭發(fā)動機連接件、直屬件及防護等還需要用到一些常用材料，如不銹鋼、密封劑、粘接膠、螺釘螺母、線纜卡箍等材料和標準件標準。這些材料一般不會對發(fā)動機結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生重大影響，因而不太受到重視。但它們實際上很可能會對產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性、貯存壽命等帶來重要影響，導致產(chǎn)品交付使用過程中不斷出現(xiàn)讓用戶不滿意的問題，因此也應(yīng)該引起足夠的重視。

2.3 推進劑標準

當前飛航導彈固體火箭發(fā)動機應(yīng)用廣泛的是復合推進劑和復合改性雙基推進劑。作為推進劑配方，由于各產(chǎn)品要求千差萬別，加上各單位技術(shù)保密，很難形成統(tǒng)一標準。但是推進劑配方的主要原材料標準、推進劑性能測試標準都是固體火箭發(fā)動機研究設(shè)計需要關(guān)注的內(nèi)容。隨著裝載平臺安全性、環(huán)境要求的提高，對推進劑低易損性、低特征信號等相關(guān)的測試和判定標準將越來越受到重視，應(yīng)該加強研究和宣貫。

2.4 發(fā)動機試驗標準

試驗驗證是固體火箭發(fā)動機研制的重要工作內(nèi)容。如燃燒室殼體強度試驗、點火裝置試驗、推進劑基本性能測試、發(fā)動機內(nèi)彈道性能測試、環(huán)境試驗、安全性驗證，推力矢量試驗以及燃氣性質(zhì)測試等都需要按照相關(guān)規(guī)范進行。只有標準掌握到位，試驗方案才能得到各方認可，試驗結(jié)果才有效。否則，就很有可能造成試驗無效甚至留下隱患。尤其是特定用途導彈的固體火箭發(fā)動機，特殊的環(huán)境試驗考核更要重點關(guān)注，如艦載平臺裝載的產(chǎn)品， “三防”試驗必不可少；機載平臺裝載的產(chǎn)品，跌落試驗和各種力學環(huán)境試驗項目較多；防空反導導彈用發(fā)動機，經(jīng)常需要進行大過載條件下的結(jié)構(gòu)性能和燒蝕熱防護性能驗證。

3 建議

飛航導彈固體火箭發(fā)動機標準化工作從產(chǎn)品研制之初就同步開展，為型號產(chǎn)品規(guī)范設(shè)計、規(guī)范驗證和規(guī)范使用做出了很大的貢獻。但隨著型號研制節(jié)奏加快，型號成本控制越來越嚴格，以及各方對產(chǎn)品使用性、安全性的重視程度越來越高，對飛航導彈標準化工作要求也提出了新的要求。因此，建議在以下幾方面加強飛航導彈標準化工作。

3.1 重視信息化在標準化工作中的作用

使用標準，首先要方便查找標準。在當前型號研制快節(jié)奏的情況下，需要將相關(guān)標準利用信息化手段進行收集歸類，以便于各類人員查找使用。在此過程中，尤其要重視對絕熱層、燒蝕隔熱材料、膠粘劑和密封劑等特殊材料性能的企業(yè)標準的收集和信息化處理，使產(chǎn)品研發(fā)人員能夠準確、快速地搜尋到滿足使用要求的材料，確保設(shè)計方案及時、準確。

3.2 重視固體火箭發(fā)動機研發(fā)單位相關(guān)標準的編制與應(yīng)用

固體火箭發(fā)動機研發(fā)單位都有著豐富的技術(shù)積累，許多設(shè)計、生產(chǎn)和試驗技術(shù)經(jīng)驗對產(chǎn)品研發(fā)起著至關(guān)重要的作用。如何將這些經(jīng)驗技術(shù)轉(zhuǎn)化成為生產(chǎn)力，及時形成并充分利用企業(yè)內(nèi)部的標準是一條有效的途徑。現(xiàn)代企業(yè)管理強調(diào)將技術(shù)知識規(guī)范化、標準化，避免企業(yè)花費大量研發(fā)投入得到的知識掌握在少數(shù)人手里，導致少數(shù)人成為企業(yè)知識的關(guān)鍵，一旦出現(xiàn)人員流失，企業(yè)知識也隨之流走。

大量的企業(yè)知識標準化后，新職工入職在通用標準培訓的基礎(chǔ)上，進一步進行企業(yè)內(nèi)部編制標準的培訓，這些標準往往比國標、軍標更直接、更高效、更具有實操性。通過培訓既可以更好地促進新員工融入團隊，也能夠真正地實現(xiàn)“標準是編來用的，不是編來看的”。

3.3 重視固體火箭發(fā)動機標準件應(yīng)用

通用化、系列化、組合化是加快產(chǎn)品研制進度、降低產(chǎn)品成本的有效措施。但現(xiàn)實中，由于體制關(guān)系、型號關(guān)系、顧客關(guān)系以及結(jié)算審計要求等多重因素影響，許多發(fā)動機直屬零件如鍵塊、測壓嘴、壓力傳感器、連接螺釘、堵頭、二通、三通、密封圈和密封墊圈等完全可以通用的零件，卻沒有形成標準件，既使是狀態(tài)完全一致，也要每個型號設(shè)計一份圖樣；既使是實現(xiàn)了采用相同的圖號，生產(chǎn)、保管和配套卻要分型號進行，甚至有的產(chǎn)品完全是相同的東西，卻因為型號或顧客不同帶來了很多麻煩，直接導致了研制、生產(chǎn)的效益低下。

在強化成本工程、軍民融合發(fā)展的大背景下，更需要轉(zhuǎn)變觀念和管理思路，重視將相關(guān)零件的標準件化，爭取顧客對相關(guān)標準件的認同，按照標準件組織生產(chǎn)和管理，促進飛航導彈固體火箭發(fā)動機研制生產(chǎn)。

3.4 重視全員全周期標準化工作思維培養(yǎng)

飛航導彈固體火箭發(fā)動機研制過程中，需要重視標準化全員工作的思維培養(yǎng)。產(chǎn)品研制之初就需要非常重視標準化工作，不應(yīng)將有限的精力投入到同質(zhì)化的 “創(chuàng)新”產(chǎn)品研發(fā)之中。在發(fā)動機研制工作中，能借用成熟技術(shù)的借用成熟技術(shù)，能借用標準產(chǎn)品的借用標準產(chǎn)品，正確處理標準化與創(chuàng)新之間的關(guān)系。這不僅是標準化專職人員的工作，也是設(shè)計人員、工藝人員、質(zhì)量管理人員和物資采購人員等都應(yīng)該主動作為、參與把關(guān)的。

另外，標準化工作并不是一蹴而就的，而應(yīng)貫穿發(fā)動機研制使用全壽命周期，技術(shù)成熟一項固化一項，問題發(fā)現(xiàn)一項完善一項。標準化工作尤其要重視用戶使用體驗，產(chǎn)品研制過程中要及時借鑒、總結(jié)用戶使用意見，及時完善產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)范和使用要求，確保產(chǎn)品性能可靠、使用安全、操作方便。

3.5 重視特定類型發(fā)動機標準/規(guī)范的研究與編制

隨著不同應(yīng)用需求和新研產(chǎn)品的涌現(xiàn)，當前飛航導彈固體火箭發(fā)動機特殊用途的產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，也日益成熟，需要加強單室雙推力固體火箭發(fā)動機、脈沖固體火箭發(fā)動機、推力可調(diào)固體火箭發(fā)動機、大型固體火箭發(fā)動機、低易損固體火箭發(fā)動機以及低特征信號固體火箭發(fā)動機等相關(guān)的總體和部件的設(shè)計、試驗和檢測等方面的經(jīng)驗總結(jié)與研究。制定相應(yīng)的規(guī)范和標準，用于規(guī)范和指導相關(guān)新產(chǎn)品的研制，促進飛航導彈固體火箭發(fā)動機技術(shù)發(fā)展。