為什麼固體發動機火藥要由人工雕刻?


為啥邀我,這麼冷門的問題,都沒幾個回答,我不是製藥專業的,不過可以湊合答一個。

我說不要把固體發動機跟普通發動機同一而論,固體發動機就是炸藥在罐子里一直炸啊炸,然後往外噴啊

固體發動機沒有油門這種概念,只能用不同的炸藥的排布方式對應不同的火箭燃燒特性

所以你看,這是個細活,得有豐富的經驗根據需求把葯加工成不同的形狀,理論上當然是可以模擬的,但是鑒於化學專業的尿性這玩意模擬根本就不靠譜,所以現在業內主要是靠藥學專家(雕刻工人)把整塊葯加工出來,點火試試,再改改,再點火烤,大體就是這個流程吧

然後給大家看看這個

不要以為有航天標誌就是正規軍,五棵松某部門好好的打飛機多好非要搞這麼個集裝箱,作啥啊,固體發動機有錢途嗎

最後加一個吧,很多行業以前都是手藝活,比如這個

不過好在麥克斯韋拯救了世界,計算科學發達以後,天線設計變成了這個風格,你甚至不需要背過那四個公式。

從此大神兩銼刀拯救一顆衛星的故事成為了傳說


本答案涉及知識均來源於公開資料,大部分可參考《固體推進劑技術及納米材料的應用》(李鳳生 等 著)、《低特徵信號固體推進劑技術》 (李上文,趙鳳起,徐雨著)

「固體發動機火藥的人工雕刻」,其實就是發動機固體燃料的微整形,簡稱整形。
這個過程的本質是:固體推進劑通常採用澆注固化成型,固化完成後要切去多餘部位,消除毛刺,使之達到設計的尺寸要求。所謂的人工雕刻只是一種藝術性的說法。

下面具體說說固體推進劑及其澆築成型過程。
大部分固體火箭發動機可以簡單看作:一個圓柱殼子,裡邊填滿推進劑,一端封閉、一端安裝噴嘴(噴管)。點火後,固體推進劑就在殼子里劇烈燃燒、蔓延,同時反衝推進,一旦燒完就工作結束了。

固體推進劑在發動機裡邊為葯柱狀(機械性能類似軟輪胎),一般不是實心的,會有中心孔道(如下圖所示)。中心孔不同,其燃燒行為不一樣,設計時根據具體需要選擇。這裡需要強調的是,中心孔不是整形(所謂的人工雕刻)加工出來的,而是在澆築過程中模具插芯,固化後抽芯得到。

(@李白,圖片雷同,百度搜得,若有冒犯還請見諒)

固體推進劑固化前,為漿狀物料,由80%以上的固體組分(可簡單認為是粉末狀的炸藥)加上液態的黏合劑、增塑劑等均勻混合而成。
成型過程,就是在筒狀的發動機殼子兩端裝上簡單的模具,插入芯棒,然後把漿狀物料澆注到發動機殼子裡邊,最後固化。此過程要保證澆注均勻,沒有氣泡。

類似混凝土澆築,固體推進劑料漿採用重力澆注,依賴自流平性,其最終澆注面無論是形貌還是尺寸都不可能控制的非常精確,遠達不到精確的設計尺寸要求,所以澆注、固化後要修整到設計尺寸。
同時,固體推進劑有自己的特殊性,其為熱固性材料,倘若固化後發現推進劑量過少或尺寸不足,不可以添加料漿再次固化。因為推進劑有力學性能、燃燒性等方面的苛刻要求,此外為保證可靠性也不允許這樣做。實際澆築過程中會過量的澆注,固化後切除多餘部位修整到精確尺寸。要是澆築固化後發現量不足,沒有補救措施,只能報廢。所以,每一發固體火箭發動機的成型,都有切除多餘部位的整形過程。

最後說說整形的過程:
國內外基本都離不開手工。
對於大型固體發動機,當推進劑敏感性較低時,可以用數控機床緩慢切去大部分多餘部位。但是!,貼近金屬殼體的部位,必須採用人工小心切除,通常採用非金屬手工刀。因為床刀碰到金屬殼體摩擦生熱會點燃推進劑。
此外對於一些毛刺、及特殊部位的修理,也無法做到機械化。
總之,機械化最大的問題還是固體推進劑太敏感,太危險。
固體推進劑點燃後沒有任何方法可以滅火,溫度極高,產生的氣體通常也是有一定毒性和腐蝕性。

——————————————2017年7月5日更新————————
補充一個小觀點:看到不少人說用手工不用機械化,是因為數量少,這一點我很不贊同。
首先,有些戰術型號批量是很大的,但還是避免不了手工。
其次,整形非常危險,一般出事就是人命關天的大事。要是可以機械化,不管數量多低和成本多高,都是非常有吸引力的,畢竟有人命的考量。


我認為主要難題還是在機械化實現太困難。


人工雕刻產生的熱量小,不會引起燃燒。機械加工或者3d列印之類的要麼產生高熱,要麼靠高熱,容易引起固體燃料燃燒,危險性太大


一張A4紙,如果你從最下端同時點燃,火焰燃燒是沿著直線燃燒嗎?

A4紙外端燃燒速度明顯比中間部位燃燒速度快很多,固體火箭同理,不同的燃燒速度導致固體火箭同一截面不能同時燃燒,進而影響穩定性與推力,所以,為了使固體火箭同一截面可以同時燃燒,固體火箭中的固體燃料並不是大家想像中的圓柱形狀,至於是什麼形狀,這就是一篇篇博士論文了,同樣,為了精確的加工出這些形狀,也需要加工人員不停的手動修剪。哈哈哈,這是不是需要手動加工的原因其實我也不清楚,錯了別打臉~~逃~


當年專業課,有講過。應該是彈箭製造工藝學吧。名字忘了,發射葯這玩意,最後都需要人工修飾。是為了合格。我也沒辦法講的太細了。忘光了。


題主應該是問《大國工匠》里「雕刻火藥」的徐立平師傅的事情。
那一集我也看了一點,也是不太明白。


其實這個是可以用3D列印的方式來製造發射葯柱的

3D列印可以做到非常精確

無需再人工修整。

甚至可以通過對3D列印的噴劑成分調整來對發射葯柱的燃燒性能進行調整,

當然,這需要很多實驗。

估計也能弄出來不少的博士論文。


看煙花廠做那種一塊錢六個的小火箭什麼的

就是一個歐巴桑用小勺什麼的倒進去的

固體發動機估計跟那個差不多


上網不涉密。。。


美國火箭燃料葯柱3D列印技術獲得專利,降低火藥「整形師」危險


用機器太貴,就這麼簡單。


推薦閱讀:

明年一月SpaceX要進行五次發射,才剛出了事故,這麼高密度的發射真的沒問題嗎?
中國航天和日本航天技術誰厲害些?
坎巴拉太空計劃能否實現spaceX的飛船入軌火箭回收的雙線操控?
長征七號為何要在海南文昌發射?是否和南海局勢有關係?
藍色起源那類公司能多次發射火箭在太空組合成為大飛船飛第一宇宙速度飛火星那類地方嗎?

TAG:發動機 | 導彈 | 航天業 | 運載火箭 | 火箭發動機 |