飞航导弹固体火箭发动机标准化工作研究*

张浩 李艳侠

（1北京动力机械研究所，北京，100074；2北京航天试验技术研究所，北京，100074）

1 飞航导弹固体火箭发动机组成及特点

飞航导弹一般为有翼导弹，是依靠喷气发动机的推力和翼面产生升力在大气层内飞行，在主要飞行段内利用翼面控制其飞行轨迹的导弹。现代军事中常用的防空导弹、空空导弹、反舰导弹、空地导弹、反坦克导弹和巡航导弹等都属于飞航导弹的范畴。

相对于航天火箭、弹道式导弹动辄直径几米，长度数十米，重量几十吨而言，飞航导弹一般直径和长度较小 （直径一般不超过0.8米，长度1米左右，长的也不过二三米），属于小巧玲珑的类型。即使是像俄罗斯研制的 “航母杀手” “宝石”、 “马斯基特”等飞航导弹的 “大个头”，重量也不过四五吨。当然，随着世界形势的发展，远程精确打击和远程防空反导日益受到重视，飞航导弹的 “个头”也肯定会不断加大，但体积和重量相对较小、使用灵活仍将是其长期具有的特点。

固体火箭发动机是飞航导弹的重要动力装置形式，除了部分空射型导弹之外，一般飞航导弹都需要固体火箭发动机做动力。飞航导弹固体火箭发动机一般由安全点火系统、装药燃烧室及喷管和连接密封件等组成。 “安全点火系统”用于保证发动机存放或战斗值班过程中的安全，确保导弹发射时能够迅速可靠启动发动机； “装药燃烧室”用来存放发动机的推进剂，同时也是推进剂燃烧的工作室，是为发动机贮存和提供推力能量的重要部件； “喷管”是在发动机工作时把热能转换成高速喷射的燃气动能的重要部件，由于喷射的气流一般都是超声速的，因此一般采用收缩+扩张的拉瓦尔结构形式。

固体火箭发动机是飞航导弹的主要动力装置，是导弹不可或缺的组成部分。飞航导弹固体火箭发动机根据用途主要分为三大类：助推器、续航发动机、助推续航一体发动机，可根据导弹的射程和飞行弹道形式来选择所需固体火箭发动机的类型。

a）用作助推器即为导弹起飞加速动力装置。比如，美国 “捕鲸叉”反舰导弹、 “战斧”巡航导弹；俄罗斯 “冥河”、 “宝石”、 “马斯基特”反舰导弹；英国 “长剑”地空导弹、 “海蛇”、“海标枪”舰空导弹；法国 “织女星”地空导弹等，都是采用固体火箭发动机作为助推器。这类固体火箭发动机一般长度较短，直径等于弹径或比弹径稍大，呈短粗形，喷管一般较短。这类发动机工作时间短、推力大，且在很短的时间就结束工作，将导弹二级加速到续航发动机接力马赫数后分离。比较特殊的如法国 “飞鱼”空舰导弹助推器采用环形燃烧室结构，与发动机组成 “联合动力装置”，工作后不分离；一些反坦克导弹起飞动力装置工作后也不分离。

b）续航发动机作为反舰、地空、反导、空地、反坦克等相对短程导弹的发动机。这类发动机一般直径与弹径相同或向前逐渐变小，作为弹体的一部分，长度较长，呈细长形，多数喷管带有一定长度的尾管结构；工作形式比较多样，有小推力长时间工作的、单室双推力的、单室多推力的、甚至是双脉冲的、推力可调的等。一般都具有推力较小、工作时间较长的特点。比如，美国 “标准”系列防空反导导弹，在不同的时期就分别采用了单室双推力发动机、脉冲发动机等多种形式的固体火箭发动机， “霍克”地空导弹采用了单室双推力固体火箭发动机；法国的 “飞鱼”空舰导弹采用了小推力长时间工作发动机，工作时间长达150s；德国FOG-M反坦克导弹发动机采用双室多脉冲设计。

c）作为助推续航一体的发动机，主要形式有单推力发动机、单室双推力发动机和双 （多）脉冲发动机。这类发动机一般用于防空、空空、空地和反坦克导弹等，一般是细长结构，多数带有一定长度的尾管，总工作时间相对较长。如，以色列 “怪蛇 3”、 “怪蛇 4”空空导弹发动机；英国 “旋火”反坦克导弹发动机；美国“哈姆”高速反辐射导弹、改进 “百舌鸟”发动机等均为单室双推力发动机。随着导弹射程增加的需求日益迫切，近年来，增大射程的空地导弹、空空导弹、防空导弹纷纷采用脉冲固体火箭发动机。

2 飞航导弹固体火箭发动机标准需求

飞航导弹固体火箭发动机主要为中小型尺寸，长期以来相关标准应用和工作主要侧重于中小型固体火箭发动机标准；大型发动机在飞航导弹中更多用作助推器，而有关大型固体火箭发动机标准主要侧重于助推器功能的固体火箭发动机，对长时间工作的大型发动机的经验总结和标准化工作欠缺。同时，由于飞航导弹固体火箭发动机虽然大多 “个子”较小，但结构形式丰富多样，技术要求复杂，应用和发展差异较大，当前标准/规范偏于同质，对特定需求和细化上还应该更深一步。

再者，由于国际形势的发展，当今世界相比二战后的任何时候都不太平，飞航导弹向大射程、高速度、高机动、密火力方向发展，平台载弹量大增，对固体火箭发动机快速生产、安全性、环境适应性、能量管理、推力矢量、低可探测性等也提出了越来越高的要求，相应的标准化工作也需要跟上发展需求。

2.1 发动机设计标准

除了固体火箭发动机通用的标准 （如GJB 1026A《固体火箭发动机通用规范》）外，飞航导弹固体火箭发动机要针对产品装载平台和飞行使用环境不同，特别关注并遵循一些特定的标准规范，如空空导弹就对固体火箭发动机提出了特殊的要求 （GJB1018A《空空导弹固体火箭发动机规范》），反坦克导弹对发动机也有特殊的要求（GJB1884《反坦克导弹发动机通用规范》），各类导弹都对发动机设计提出了特殊的要求。

除关注与发动机总体相关的标准之外，还需要关注发动机燃烧室壳体接口设计、装药结构完整性、各种类型的点火器、安全点火装置设计等相关标准，确保产品设计符合相关规范。目前，这部分标准还有欠缺。

2.2 发动机材料标准

2.2.1 壳体及结构件材料标准

大型固体火箭发动机主要用作飞航导弹的助推器，与成本效益和内部空间利用相比，结构质量有所增加尚可接受。因此，壳体材料主要使用金属材料，同时关注强度达到1000MPa、1600MPa级的金属材料标准收集和应用。在要求快速生产、强调低成本产品时采用1000MPa级材料，如有关30CrMnSiA材料的板材、钢管、钢棒、锻件及其生产加工相关标准；高性能产品采用1600MPa及以上的材料，如D406A超高强度钢、马氏体时效钢的板材、管材、钢棒、锻件及其生产加工相关标准。

值得注意的是，随着产品的使用和存放地域不断扩展，一些高性能的防锈合金钢材料已经越来越多地被飞航导弹固体火箭发动机所采用，如强度1000MPa级、1300MPa的不锈钢以及钛合金材料的板材、钢管、钢棒、锻件及其生产加工相关标准。

2.2.2 隔热耐烧蚀材料标准

隔热耐烧蚀设计是固体火箭发动机设计和验证的重要工作。随着发动机性能要求日益提高，精细化设计要求也越来越高，体现隔热层材料的具体性能特点的标准和试验方法标准对固体火箭发动机研制具有重要的意义。需要关注的标准类型有燃烧室隔热层如9621、三元乙丙等绝热层各生产厂的标准；发动机喷管、燃气舵、扰流片等常用的隔热、烧蚀材料如玻璃钢、碳/酚醛、碳/碳、钨渗铜、石墨等材料的性能、制备和检测标准等。

另外，随着飞航导弹航程和速度的提高，发动机外防护材料需求也逐渐凸显，相关材料性能和生产标准也需要增加关注。

这些标准规定的材料种类可能相同，但实际性能可能存在较大的差异，使用中应该仔细对照各厂家标准的差异，不能盲目引用，避免因为标准差异带来的性能偏差。必要时，发动机设计单位应该编制满足自身需求的材料标准，对不同的厂家提出规范性的性能要求。

2.2.3 其它普通材料标准

除上述固体火箭发动机常用材料外，固体火箭发动机连接件、直属件及防护等还需要用到一些常用材料，如不锈钢、密封剂、粘接胶、螺钉螺母、线缆卡箍等材料和标准件标准。这些材料一般不会对发动机结构性能产生重大影响，因而不太受到重视。但它们实际上很可能会对产品的环境适应性、贮存寿命等带来重要影响，导致产品交付使用过程中不断出现让用户不满意的问题，因此也应该引起足够的重视。

2.3 推进剂标准

当前飞航导弹固体火箭发动机应用广泛的是复合推进剂和复合改性双基推进剂。作为推进剂配方，由于各产品要求千差万别，加上各单位技术保密，很难形成统一标准。但是推进剂配方的主要原材料标准、推进剂性能测试标准都是固体火箭发动机研究设计需要关注的内容。随着装载平台安全性、环境要求的提高，对推进剂低易损性、低特征信号等相关的测试和判定标准将越来越受到重视，应该加强研究和宣贯。

2.4 发动机试验标准

试验验证是固体火箭发动机研制的重要工作内容。如燃烧室壳体强度试验、点火装置试验、推进剂基本性能测试、发动机内弹道性能测试、环境试验、安全性验证，推力矢量试验以及燃气性质测试等都需要按照相关规范进行。只有标准掌握到位，试验方案才能得到各方认可，试验结果才有效。否则，就很有可能造成试验无效甚至留下隐患。尤其是特定用途导弹的固体火箭发动机，特殊的环境试验考核更要重点关注，如舰载平台装载的产品， “三防”试验必不可少；机载平台装载的产品，跌落试验和各种力学环境试验项目较多；防空反导导弹用发动机，经常需要进行大过载条件下的结构性能和烧蚀热防护性能验证。

3 建议

飞航导弹固体火箭发动机标准化工作从产品研制之初就同步开展，为型号产品规范设计、规范验证和规范使用做出了很大的贡献。但随着型号研制节奏加快，型号成本控制越来越严格，以及各方对产品使用性、安全性的重视程度越来越高，对飞航导弹标准化工作要求也提出了新的要求。因此，建议在以下几方面加强飞航导弹标准化工作。

3.1 重视信息化在标准化工作中的作用

使用标准，首先要方便查找标准。在当前型号研制快节奏的情况下，需要将相关标准利用信息化手段进行收集归类，以便于各类人员查找使用。在此过程中，尤其要重视对绝热层、烧蚀隔热材料、胶粘剂和密封剂等特殊材料性能的企业标准的收集和信息化处理，使产品研发人员能够准确、快速地搜寻到满足使用要求的材料，确保设计方案及时、准确。

3.2 重视固体火箭发动机研发单位相关标准的编制与应用

固体火箭发动机研发单位都有着丰富的技术积累，许多设计、生产和试验技术经验对产品研发起着至关重要的作用。如何将这些经验技术转化成为生产力，及时形成并充分利用企业内部的标准是一条有效的途径。现代企业管理强调将技术知识规范化、标准化，避免企业花费大量研发投入得到的知识掌握在少数人手里，导致少数人成为企业知识的关键，一旦出现人员流失，企业知识也随之流走。

大量的企业知识标准化后，新职工入职在通用标准培训的基础上，进一步进行企业内部编制标准的培训，这些标准往往比国标、军标更直接、更高效、更具有实操性。通过培训既可以更好地促进新员工融入团队，也能够真正地实现“标准是编来用的，不是编来看的”。

3.3 重视固体火箭发动机标准件应用

通用化、系列化、组合化是加快产品研制进度、降低产品成本的有效措施。但现实中，由于体制关系、型号关系、顾客关系以及结算审计要求等多重因素影响，许多发动机直属零件如键块、测压嘴、压力传感器、连接螺钉、堵头、二通、三通、密封圈和密封垫圈等完全可以通用的零件，却没有形成标准件，既使是状态完全一致，也要每个型号设计一份图样；既使是实现了采用相同的图号，生产、保管和配套却要分型号进行，甚至有的产品完全是相同的东西，却因为型号或顾客不同带来了很多麻烦，直接导致了研制、生产的效益低下。

在强化成本工程、军民融合发展的大背景下，更需要转变观念和管理思路，重视将相关零件的标准件化，争取顾客对相关标准件的认同，按照标准件组织生产和管理，促进飞航导弹固体火箭发动机研制生产。

3.4 重视全员全周期标准化工作思维培养

飞航导弹固体火箭发动机研制过程中，需要重视标准化全员工作的思维培养。产品研制之初就需要非常重视标准化工作，不应将有限的精力投入到同质化的 “创新”产品研发之中。在发动机研制工作中，能借用成熟技术的借用成熟技术，能借用标准产品的借用标准产品，正确处理标准化与创新之间的关系。这不仅是标准化专职人员的工作，也是设计人员、工艺人员、质量管理人员和物资采购人员等都应该主动作为、参与把关的。

另外，标准化工作并不是一蹴而就的，而应贯穿发动机研制使用全寿命周期，技术成熟一项固化一项，问题发现一项完善一项。标准化工作尤其要重视用户使用体验，产品研制过程中要及时借鉴、总结用户使用意见，及时完善产品的技术规范和使用要求，确保产品性能可靠、使用安全、操作方便。

3.5 重视特定类型发动机标准/规范的研究与编制

随着不同应用需求和新研产品的涌现，当前飞航导弹固体火箭发动机特殊用途的产品不断涌现，也日益成熟，需要加强单室双推力固体火箭发动机、脉冲固体火箭发动机、推力可调固体火箭发动机、大型固体火箭发动机、低易损固体火箭发动机以及低特征信号固体火箭发动机等相关的总体和部件的设计、试验和检测等方面的经验总结与研究。制定相应的规范和标准，用于规范和指导相关新产品的研制，促进飞航导弹固体火箭发动机技术发展。