固体火箭发动机缺陷分析及其无损检测方法

王立君

【摘 要】固体火箭发动机的缺陷会对其工作性能和发射平台的安全性带来威胁，从空间的角度能够分析出缺陷的性质以及对其造成的危害。传统型的无损检测无法建立三维空间立体结构会造成误判或者漏判。固体火箭发动机的缺陷有燃烧室缺陷、喷管缺陷。这两种缺陷在其燃烧时会出现“超”燃烧表面，会造成重大的威胁。国内外对其检测方法包括：射线计算机断层扫描法、低频超声检测、超声波脉冲发射等无损检测法。他们有针对性的特点。对于不同的发动机，能够应用多种方法来进行无损检测。

【关键词】固体火箭发动机 缺陷 无损检测

固体火箭发动机是采用固体推进剂的火箭发动机，它是各种武器的动力装置，同时其在航空领域有广泛的应用。它的结构比较简单，具有机动性、可靠性和较易维护性的优点，极大的满足了现代战争、航天事业的要求。固体推进剂会受到各种载荷作用和温湿度变化的影响，因此可能会发生物理或者化学性质的变化。有可能会损坏固体火箭发动机的结构完整性，导致其他的缺陷。因此对固体火箭发动机缺陷分析尤为重要，并对其采用无损检测方法。

1固体火箭发动机缺陷和其影响

固体火箭发动机缺陷分为燃烧室缺陷、喷管缺陷。燃烧室缺陷包括药柱缺陷、粘结界面脱粘缺陷。其中粘结界面脱粘缺陷对发动机的危害最大。

粘结界面脱粘缺陷包括：壳体和绝热层间的界面脱粘、绝热层和衬层间的界面脱粘、衬层和推进剂药柱间的界面脱粘、层间脱粘和层间粘结界面疏松。

药柱缺陷包括：药柱气孔和孔洞、药柱裂缝、药柱表面裂纹、夹杂、药柱内表面缺陷、限燃层脱落和包覆套脱粘。

2固体火箭发动机损伤的诊断检测方法

2.1工业CT技术

CT技术来源于X射线照相技术，在复合材料研究中已经有十多年了，它能够检测出被扫描物体的二维空间分布，通过对断层面的密度分析，老获取复合材料内部的信息。CT技术的特点包括：高空间分辨率、密度分辨率；高动态的检测范围；成像尺度的精确度高；不受几何结构的限制，检测效率低、成本高、大型构件的现场检测等局限性。CT技术中的成像技术能够检测一些问题。

美国在20世纪80年代初期已经研究出工业CT设备，主要应用于检测大型固体火箭发动机的复合材料壳体，并逐渐应用于无损检测中。中期，应用于中小型的固体火箭发动机中，发现了难以检测出来的质量问题，从而提高其安全性能。英国，法国等也将工业CT技术应用于固体火箭发动机。以它为无损检测方法，应用于监控动态疲劳载荷和质量问题等。CT技术能够应用于检测受损的内部结构，取得了良好的经济和社会效益。将CT技术应用于固体火箭发动机中，检测说明，CT技术对固体火箭发动机中的绝热层以及药柱缺陷有较高的灵敏度，能够准确的检测出尺寸、部位。CT技术能够满足检测要求，尤其是对其的多界面质量检测，是其他的检测方法是不能比的。它对固体火箭发动机的缺陷分析及其无损检测方法有着重要的作用。

2.2超声检测技术

AU技术也叫SWF技术，AU技术应用于检测研究材料中的细微缺陷及整体影响，是完整性的评估技术，AU扫描技术对粘结界面有有效的检测，能够克服传感器可达性差等的缺点。就目前而言，主要在物理传播模型中使用，来进一步的改进其评估。固体火箭发动机多为层状的粘结结构，它能够应用于复合材料中，来减轻整体重量、提高结构强度，对检测的可靠性有了新要求。

根据固体火箭发动机的结构特点，设计了关于壳体及绝热层粘结结构的检测方法，并且有大小不等的圆形孔洞。运用自适应滤波法对检测信号的噪音讲解，对信号的多分辨率分析运用小波变换，AU技术能够实现固体火箭发动机，结构粘结质量有效性的检测。

2.3超声波检测技术

超声笔检测技术中的超声C扫描的特点是直观性和速度快，它普遍运用于大型复合材料的检测技术中，超声纵波多次反射法能够对固体火箭发动机中的喷管金属和非金属粘接界面进行更加准确的无损检测，超声波脉冲法对检查壳体和绝热层间的脱粘问题很有效，它最早应用于无损检测中。美国曾经采用超声纵波反射法检测喷管金属与非金属的粘结界面的质量情况，如今已经成功的应用于产品的批量检测。

2.4低频超声波检测

先前研究人员认为超声波通过推进剂传播的方法不可行，因此研究人员研究了两种检测方法，利用低频探头分为接触法和非接触法。（1）接触法中，将传播探头放在推进剂的表面，将接收探头放在其表面的另一旁，利用试件对这类方法进行评估，能够检测出其存在的缺陷，此方法能够用于固体火箭发动机中，试件和产品的差别是其外部的绝热层和壳体。（2）非接触法。它使用能够有效改善信噪比的发射线性调频脉冲，在非接触法中，发射探头及接收探头不需要放在推进剂上。此方法能够检测推进剂中存在的缺陷。

2.5激光全息无损检测

它的基本原理是在检测的构件上加入载荷后，构件表面和材料内部是否有变化，内部存在的分层缺陷。与别的检测方法比较，它是干涉计量术，能够检测出极微小的变形，激光全息无损检测光源是激光，由于它的相加长度很大，因此能够检验大尺寸产品。对于固体火箭发动机而言，激光全息技术利用光学干涉原理，当药柱受力时，其内部缺陷的表面发生变形会产生位移来确定缺陷。该方法应用于固体火箭发动机中，其灵敏度很高。

3结语

针对不同型号的固体火箭发动机，应当确定其的检测设备、探伤工艺。采用固体火箭发动机大多在作战阵地使用，因此要保障安全发射。固体推进剂点燃后燃烧，从而产生燃气，以高速的速度排除然后推动发动机，本文介绍了固体火箭发动机缺陷情况，并对其进行了一系列分析，并且提出了其无损检测方法，能够更好的应用固体火箭发动机。其中不同的发动机，能够应用多种方法来进行无损检测。

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