表2.1  发动机设计指标

名称 数值 名称 数值

直径D(mm) 300 助推段工作时间t1(s) 5

助推段总冲I1(KN·s) 180 续航段工作时间t2(s) 15

续航段总冲I2(KN·s) 120

2.2  装药设计

装药设计时，首先根据总体提出的内弹道性能要求进行发动机主要设计参量的选择。包括发动机的直径、工作压力和膨胀比等。根据内弹道性能要求与总体设计参量结合所选推进剂的性能参数进行装药几何尺寸的初步计算，对药柱进行内弹道计算，并结合发动机结构进行相应的修正，多次论证后方可确定药柱的几何尺寸。确定了药柱的几何尺寸，才可进行药柱的燃面分析和内弹道计算[18]。装药设计所选推进剂性能参数见表2.2。

表2.2  推进剂性能参数

套管装药 端面装药 星孔装药

密度ρ(kg/m3) 1750 1750 1750

比冲Isp(N·s/kg) 2357 2539.8 2539.8

特征速度c*(m/s) 1557.06 1611.0 1611.0

燃烧温度T0(K) 3398 3398 3398

气体分子量R 24 24 24

燃速 (mm/s)

2.963p0.285 17.79p0.35 4.204p0.405

温度系数α(1/ºC) 0.21% 0.21% 0.21%

2.2.1  端面燃烧药柱设计

端面燃烧药柱的主要几何尺寸有药柱直径D和长度L。这些几何参量与设计参量之间有着最简单的关系：

2.2.1.1  计算燃烧面积 

由火箭发动机推力公式(2.1)

又由平衡压强公式(2.2)

可得药柱直径为式中： 。

若计算得到的直径比发动机直径大时，应提高推进剂的燃速，或改用高燃速的推进剂。在没有更高的燃速可选用时，则可采用嵌入金属丝的端面燃烧药柱。

2.2.1.2  根据发动机的工作时间，计算药柱长度L

(2.3)

式中： 为端燃药柱的燃速系数； 为端燃药柱推进剂的压力指数； 为药柱燃烧时间。

2.2.2  套管装药设计

理想设计表明，在助推级工作结束时，套管内装药与后端的星孔装药也刚好燃烧完，续航段工作时的推力完全由套管装药的外装药燃烧提供。根据续航段的工作时间与推力要求，选定工作压强和推进剂，进行药柱的设计。套管装药的形状如图2.1所示。

 图2.1 套管装药形式

2.2.2.1  装药量的计算

根据规定的续航级的总冲量 和已知的推进剂比冲 计算出 ：

(2.4)

式中： 为续航级总冲量； 为套管装药的比冲； 为重力加速度。

2.2.2.2  根据规定的推力，计算喷喉喉部面积