为什么固体发动机火药要由人工雕刻?

苏广龙


机械加工不好控制静电问题,固体燃料药柱对静电、摩擦、火花非常敏感,掌握不好就爆炸,所以才用人工进行最后的微整,这个固体燃料微整的问题放在任何一个国家都做不到完全机械化作业。有句俗话说的好:东西是死的,人是活的。

先说下固体燃料的问题。固体燃料从字面就可以理解,燃料是以固体形式存在的,他的氧化剂和燃烧剂都是固体,与之对应的是液体燃料。固体燃料发动机常见于弹道导弹和运载火箭的助推器,少部分火箭整体都采用固体火箭发动机。其优点就是方便储存,可以随时拉出来发射,相比于需要几十分钟加注燃料的液体火箭来说,固体火箭的反应速度大大提高,对于战略反击有很大的意义。

关于固体燃料为什么需要雕刻的问题,我们先从固体燃料的成型说起。固体燃料的形状并不像大家想象的那样只是一根圆棒,它的燃烧参数是靠燃料截面形状去控制的,截面形状不同燃烧的时间、快慢、瞬时推力都是不一样的,下图就是不同截面时的推力随时间变化曲线。火箭要想打的精准就必须控制好燃料截面,所以在浇筑的时候需要不同的模具插芯,等燃料固化后再真空抽出插芯。然而浇筑这个工艺本身就不可能直接一次到最终尺寸,需要修整。在燃料凝固过程中会产生局部收缩,而固体燃料要求一体化程度非常高,是不允许进行补充浇筑的,所以浇筑的时候通常都是过量浇筑的,浇筑完之后再修掉多余部分。

关于为什么需要人去雕刻而不是直接用机器,固体燃料对于静电、摩擦、火花都是非常敏感的。被誉为“雕刻火药的大国工匠”的国家高级技师徐立平回忆过:在2001年的时候,一名工友因为刀具碰撞到火箭金属外壳产生火花导致燃料燃烧,当场牺牲。在1989年某型发动机试车时出现连续失败,为了找到原因他们必须挖开燃料,为了防止引起强摩擦,他们每次只能用木铲或铜铲挖几克,最后用了两个月挖了300公斤固体推进剂。由此可见固体燃料是非常危险和敏感的,而机器是个死物,它不能完全避免静电、摩擦这些问题,所以这个时候人反而更可靠。下图为美国某型火箭固体燃料修整,可以看到也是靠人用特殊的工具进行修整的

而且浇筑完的固体燃料情况比较复杂,每个位置需要需要修整的程度和力度都不一样,用固定的设备和固定的程序去做修整反而很呆板,不能灵活解决每个位置的问题。一旦机械加工在某处修整的不合适出现较大的误差,那么燃烧过程就不符合预期,火箭飞行就出先比较大的误差。所以在这种情况人的直接介入反而使得修整过程更为灵活和精准。当然了,这需要修整师的高超技艺和丰富的经验。

机器这个东西虽然省事省力,但是某些情况较为复杂的问题并不能很好的解决。在机加工上有个工种叫“钳工”,他就是为了解决机械设备无法完成的工作。用人工并不是一个落后的表现,相反一些高精密工作需要的人的介入。


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没那么复杂的原因。火箭整体总装过程不也是人工吗,为什么不用自动化组装呢?因为运载火箭并不是大批量生产,不需要为此研发一条生产线或者价格高昂的设备。而且在制造过程中,即使相同型号,每次可能都有略微的修改,比如载荷不同。


可以这么理解,你在家就包一锅饺子,没必要设计一个包饺子机。火箭比在家包饺子复杂的多的多。火箭的生产工艺和流程极其复杂,固体火箭发动机的药柱目前只能靠人工。并不是我国这样,世界各国的大型固体火箭都这样。




这项工作难度极大,特别危险。别说不小心会爆炸了,就算正常操作火箭燃料还会挥发有毒。

固体火箭对于运载火箭的优势就是可以更长久的储存,可以在更短时间内发射。不像液体燃料那么危险需要低温设备。


比如咱们的长征十一号,就是固体火箭。这款运载火箭在和平时期可以秒补气象观测之类的卫星,在战时可以秒补侦查导航卫星。当然,LEO小了一些,但不耽误干活。
小型导弹或者其他武器,也有用到固体药柱的。由于体积小要求低,都采用自动化的机械加工生产,效率高得多。


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固体燃料发动机也叫固体燃料火箭发动机,主要用于发射战略战术导弹或载人飞船以及卫星等航天器。


固体燃料指的是在没有外界氧化剂存在的情况下可以持续发生燃烧,并能产生大量高温气体分子或固体喷流的燃料。燃烧推进剂具备剧烈的快速放热的氧化还原反应,所以自身必须要同时含有氧化剂和充当还原剂的燃烧剂。氧化剂和燃烧剂都属于固体的推进剂,它们被制成符合火箭设计要求的形状,填充浇铸在一个一端开口的容器内。当推进剂被点燃的时候,其化学能转化为燃气热能,经过发动机喷管时转化成推力动能。








固体推进剂主要有单基推进剂、双基推进剂、复合推进剂、改性双基推进剂、硝酸酯增塑聚醚推进剂等。其中单基推进剂由于能量水平太低,现代的固体发动机已经不再使用。双基推进剂的燃烧性能良好,具有低特征信号。而且原料来源广泛,经济性好。主要用于小型固体燃气发生器。复合推进剂使用单独的可燃剂和氧化剂材料,以液态高分子聚合物粘合剂作为燃料。整体综合性能良好,目前主要用于大型火箭发动机等各种类型的固体火箭发动机。改性双基推进剂分为两类:复合改性双基推进剂与交联改性双基推进剂。改性双基推进剂的能量水平高于复合推进剂,目前广泛用于各种战略/战术导弹。硝酸酯增塑聚醚推进剂实质上还是属于交联改性双基推进剂,它是现役固体推进剂最高水准的代表。




固体推进剂装药方式分为药筒装填式和壳体粘结式两种。药筒装填式就是先使用压伸成型工艺把固体推进剂混合物预制成一定几何形状的药柱装填到壳体内,再用挡药板固定。壳体粘结式使用浇铸成型工艺,就是在壳体与隔热层固化后喷涂上包覆层,然后把推进剂配方的混合物装到放置有芯模的壳体内,在真空条件下固化成型,再拔除芯模,此时药柱已与壳体紧密粘接在一起。 药柱根据燃烧面积随时间变化的特征可分为分为恒面、增面和减面燃烧药柱;根据燃烧的推进方向分为端面燃烧药柱、内孔燃烧药柱、双推力药柱、多脉冲药柱等;其中依药柱的外形还可分为圆柱型、截锥体、球型、椭球型药柱。







制造一枚固体火箭工序繁多,发动机固体燃料的微整形就是要求最高的工序之一。固体燃料药柱雕刻如果稍有不慎就会引起燃烧爆炸,用机械设备解决不了产生静电火花的难题,所以必须采用人工进行微雕。一般固体发动机药面精度的最大误差为0.5mm,由于燃料火药有很强的韧性,甚至还混有粗糙的颗粒,所以雕刻药柱的力道必须做到精准无误;因为贴合固体燃料发动机设计尺寸的药面精度是决定火箭或导弹进入预定轨道与达到精准射程的关键。目前世界上所有的固体燃料发动机中的药柱整形部分都不能完全用机械来代替手工操作。
















梁无咎


个人理解题主这个问题应该包括两个层次:首先是为什么要固体火箭发动机的火药为什么要雕刻,其次是为什么要人工雕刻。

我们知道,固体火箭发动机的装药实际上是一种火药,而且会浇筑或者压伸成一定形状。这是因为固体火箭发动机不同于炸弹,要求的不是在一瞬间把所有装药都烧完,而是以一定的速度和烈度进行可控的、稳定的、持续地燃烧。如果装药是粉末状,将迅速燃烧发生爆炸,所以必须做成固体形状,让装药只能在一个表面上燃烧。而且,一般来说,固体火箭发动机根据导弹或者火箭的任务要求,对于燃烧时间、燃烧速度、产生推力或者二次点燃的时机都有苛刻的要求,所以必须让装药的形状和燃烧面的外形符合特定的要求。而无论浇筑还是压伸,都很难让装药的外形和燃烧面完全符合需求,所以必须用雕刻来进行调节和修整。

那么,为什么一定要用人工来雕刻呢?这是因为固体燃料药柱雕刻如果稍有不慎就会引起燃烧爆炸,用机械设备解决不了产生静电火花的难题,所以必须采用人工进行微雕。一般固体发动机药面精度的最大误差为0.5mm,由于燃料火药有很强的韧性,甚至还混有粗糙的颗粒,所以雕刻药柱的力道必须做到精准无误;因为贴合固体燃料发动机设计尺寸的药面精度是决定火箭或导弹进入预定轨道与达到精准射程的关键。目前世界上所有的固体燃料发动机中的药柱整形部分都不能完全用机械来代替手工操作。

所以,至少到目前为止,最后的手工雕刻修整这个工序还没有办法省略。


联合防务


火箭能从地球表面飞上太空,发动机强大的推力功不可没。火箭使用的火药是固体的,装填后还需要人工雕刻。

火箭、导弹的火药,和炸弹不同,它需要长时间的动力推进,而不是一瞬间的爆炸。为了保证火药能长时间稳定、持续的燃烧,必须做成固体火药,让燃烧面极度平整。

但是不管用浇筑成型,还是模具成型,精度都远远不够,也不能用机器加工,一点火星就会瞬间引爆这些烈性火药

,没有任何方法能灭火。所以火箭燃料药面的修整,开槽,挖药,只能用人工雕刻

「火药整形师」每一刀都在死亡的边缘行走,因为固体火药韧性很强,对精度的误差要求在0.5毫米以内,经过数万次的练习,每次下刀的精度误差都不差过0.3毫米,70余种火药整形刀,他们每年整形的火药超过上万个。

最让人感动的是,每当火药推进剂进入关键实验,参数还不确定时,火药整形师会把所有人赶出实验室,给火药「整形」。那时候消防车,救护车,都在外面准备着。

我们只能看到中国科技的腾飞,却很少了解技术人员背后默默的奉献,谢谢你们。


找靓机科普号


看来是要请富士康的pe工程师去流水线化或者大众ai工程师去全自动化。

这样暴露自己的无知无能真的很好?如果不能量产,不能全自动化,这样的东西有什么意义?

记得以前有个叫景泰蓝的东西,纯手工打造,技术保密高大上了不得了,后来被工业国家用peai技术流水化全自动生产,原固步自封的只能倒闭。

有个疑问,既然你是纯手工生产,你的价格应该是全行业最贵的啊,火箭中的劳斯莱斯,为什么发射价格比量产的毛子火箭都便宜,为了抢单故意赔本赚吆喝?

这几十年来,和钱老掌舵那几年没有什么区别,后明朝后期的火箭工坊进步频率差不多,知道原因了吧?


天堂160590167


至于人工雕刻其实是有我们自己的苦衷只好如此去做的。

先说药柱为啥要异形药柱吧。

固体火箭发动机说起来很神秘其实我们大多数人都玩过,就是过年燃放的烟花。其原理和结构基本上是相同的。

只不过,烟花是一个实心的药柱,在燃放过程中我们会发现喷出的火焰特别的不稳定上下忽悠。

主要是因为在燃烧的过程中由于火药烧蚀作用导致了烟花桶内火药燃烧面积不断的改变,面积不同同一个时间单位内燃烧的火药量就不同。因此会导致烟花的火焰忽高忽低。


但这种现象用在火箭上就不行了,没有那个火箭可以在燃烧药柱子不可控的燃烧状态下能正常工作的(窜天猴除外)。

因此就需要尽量的确保火箭在工作的时候输出的功率一致。那么就要控制燃烧面积。

通常会把固体火箭的药柱做成一下几种形状。

其实最好的药柱形状是2 同心圆形状药柱,它的燃烧会保证一个基本相同的燃烧面积——内圈面积不断缩小、外圈面积不断扩大。这样推力基本上是均衡的。

而在发射火箭或导弹的时候由于需要有一个很大的瞬间加速度让火箭可以一下子发射出去,然后平稳飞行,那么药柱形状6就是一个很好的选择了。


而这些形状是完全可以用数控机床进行加工的,并不需要人工。

美国其实早在90年代就有了固态燃料火箭的雕刻机。

并且由于机器的使用可以雕刻出更加复炸的火箭截面系统。

很多很小手都难以深入进去的孔道可以很方便的用机器进行雕刻。


首先是不是明白了一个问题——固体燃料火箭不必须用手雕刻?


其次我们为什么用手雕刻。


首先是科研经费问题,我们航天部门的经费太低,在2018财年的美国一共批给了NASA一年的经费是207亿美元,其实NASA2018年度才申请了191亿美元,国会还给多批了16亿美元。而且美国的NASA每年还会从以项目联合研制的名义从军队搞到钱。

同期NASA的一个报告估算中国2017年一年在航天领域的投入仅仅有20亿美元。


没钱就根本买不起好的设备进行雕刻。 要知道的是,雕刻的东西本质上是高感度的火药。一个小火花都会让整个车间化为乌有。雕刻火箭的数控机器需要的则是大空间尺度上的柔性进给,高精度和低风险隐患,所以用在雕刻火箭发动机的设备无论是研发成本还是设备造价都高达几十亿。


养一群雕刻火箭的工人一年的费用也就几千万。而且还是以工资的形式分期支付。这样一来人力成本低的优势就体现出来了。


因此靠人来雕刻火箭发动机也就成了很具有中国特色的一种作业方式了。《大国工匠》这个片子出来后大家了解到了火箭的人工雕刻。高危险高危害,但就目前中国在航天领域上的投入资金量来说,还仅仅能依靠这样的方式进行。


军武数据库


要把一个物体发射到太空,目前的技术就是利用火箭发射。所以火箭需要燃料燃烧产生推力,目前为火箭提供的燃料有固体和液体两种。

这个问题问的就是其中之一的固体燃料的加工工艺,固体燃料是一种能迅速燃烧又不会爆炸的物质。因为它是在火药配方改良以后得到,它的燃烧速度很快,所以不采用适当的装填方式,就有可能引发爆炸。

下图是固体火箭的工作示意图,固体燃料是绿色的,为了集中燃料燃烧后产生的推力,要把燃料柱做成中空,既燃料柱中间预留管道。这样,燃料燃烧会朝着中间管道的方向向外产生推力。

为了精确控制燃料燃烧的时间,和避免制作有可能发生的意外,必须对固体燃料进行人工雕刻。

所以我们要感谢为了火箭事业默默奉献的科技工作者!


诗人的眼睛83314


火药,火药,火药,重要的事说三遍

你不怕它炸吗?

机器雕刻至少要留出5毫米的空隙,这么大的误差还不如用人工雕刻


剑仙999


用最简单的语言回答

1为什么固体燃料要雕刻:固体燃料因为是固体的,但发动机有时候需要按需求控制运行功率,而固态燃料不可能像液体燃料那样简单设置个“油门”开关就能控制燃料反应速度,,所以需要根据实际需求把固体的燃料预先切成一份一份的(每一份对应预设的不同功率值需求),而且每一份还要进行手工雕刻成适合的形状,精确控制燃料的反应(因为形状不同反应速度也不同),所以需要雕刻,当火箭从点火到进入轨道这一整套程序段,分别需要调整好多次发动机功率,才能让火箭乖乖的听话进入预设的轨道。所以雕刻燃料就是控制火箭发动机的反应速度

2为什么不用机器雕刻而用手工:因为固体燃料是超强的易燃易爆品,机器的话1高速旋转会生热2机器开关时会有火花3机器属于用电设备,附带很多不确定意外危险因素,所以必须采用人工雕刻,甚至雕刻刀的材质都有讲究,个人觉得很可能采用竹片刀之类的


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