影响点火过程的主要因素

习惯上用点火压强峰和点火延迟时间来表征推进剂的点火过程， 这两个指标在点火过程中是相互联系、 相互制约的。

点火压强峰是点火过程中的压强急升， 压强急升的过程通常用峰值比来表示， 即点火压强峰与正常工作压强 （或平衡压强） 之比。 峰值比过高除了使发动机结构质量增加外， 还会导致推力峰， 使飞行过载增大。 但是， 对于缓燃推进剂而言， 由于工作压强低或低温点火困难， 保持一定的点火压强峰有助于提高点火的可靠性。

点火延迟时间是指从发出点火信号开始到确认点火完成的时间间隔， 是衡量点火过程质量好坏或可靠性的重要参数。 对于射击活动目标的导弹， 如地-空、 反坦克、 反战略导弹等， 缩短点火延迟时间有利于及时迎击目标和迅速进入机动飞行； 对于无控火箭， 如野战火箭、 反坦克火箭等， 不仅要求点火延迟时间短， 还要求其一致性好， 即点火延迟时间的散布要小， 以有利于提高射击密集度。 但是， 点火延迟时间也不宜过短， 因为过短就意味着发动机启动期间受到的冲击过大。 点火延迟时间通常由三部分组成， 即发火系统延迟时间、 能量释放系统延迟时间和主装药点火延迟时间， 其中最后部分是主要的， 占很大比例。 点火延迟时间主要与推进剂的物化性质、 环境条件 （初温、 压强、 环境气体成分等）、 燃烧室空腔的自由容积、 点火能量以及点火能量施加的时间等因素有关。 显然， 希望点火延迟时间越短越好， 点火延迟时间的散布越小越好。

在工程上，点火延迟时间tid一般定义为燃烧室内压强上升到设计平均压强的10％ （或300k Pa） 所需要的时间。

1. 点火药特性

（1） 点火药燃烧温度。

点火药燃烧温度越高，则点火延迟时间tid越短。黑火药的燃烧温度约为2590K，常用于易点燃的双基推进剂的点火。而以镁粉或铝粉为燃烧剂的高能点火药的燃烧温度在3000K以上， 通常用于难点燃的复合推进剂的点火。 如果点火药受潮使含水量增大， 则点火延迟时间将明显延长。

（2） 点火气体的成分。

当点火气体为惰性气体， 即不参与点火过程的化学反应时， 其质量扩散和热扩散特性均能影响点火延迟时间。 在其他条件相同情况下， 气体的质量扩散系数和热扩散系数越大， 点火延迟时间则越短。 当点火气体中含有可以参与化学反应的氧化性气体时， 氧化气体的浓度越高，点火延迟时间tid则越短。

（3） 点火药粒度。

细粒点火药作用时间短， 用于点燃大型推进剂药柱时往往来不及在全部装药表面上建立起加热层， 导致点火延迟时间变长， 甚至不能点燃。 在这种情况下， 需要采用大粒度点火药， 或将点火药压制成尺寸较大的药片或药饼。

在点火装置中同时采用不同粒度的点火药也是缩短点火延迟时间、 提高点火可靠性的有效措施。 例如， 俄罗斯M-21火箭发动机的点火装置由两个点火药包组成， 一个装填80g大粒黑火药， 另一个装填2g细粒黑火药和电发火管。 点火时电发火管首先点燃细粒黑火药， 然后再点燃大粒黑火药， 从而延长点火药的作用时间。

2. 点火条件

（1） 点火热流率。

点火延迟时间tid随点火热流率的增大而减小，因此，增加点火药量可以提高点火热流率， 显著缩短点火延迟时间， 这是改善点火性能最常用和最简便的措施。 但是， 在增加点火药量时必须注意对点火压强峰和点火冲击的影响。

（2） 点火压强。

实验表明，当点火压强pig超过0.35～0.70MPa时，复合推进剂的点火延迟时间与压强无关； 而当点火压强低于上述数值时， 点火延迟时间则随压强降低而明显增长。 多数复合推进剂都存在一个临界点火压强， 在此压强之下推进剂不能被点燃。 因此， 为保证可靠点火，点火压强应至少大于0.35～0.70MPa。 对于双基推进剂， 尚缺乏临界点火压强的数据， 可近似取保证稳定燃烧的临界压强作为临界点火压强。

点火延迟时间与压强上升速率dp／dt也有关， 随其增大而减小。

（3） 推进剂初温。

推进剂的初始温度Ti越低，点火延迟时间tid越长，反之亦然。推进剂初温对点火延迟时间的影响还与推进剂点火温度Tscr有关，点火温度越低则初温Ti的影响越大。初温对双基推进剂点火的影响比对复合推进剂的大。

3. 推进剂特性与装药状态

点火延迟时间tid随气体与固体的密度比和热传导系数比的增大而减小；随气体和固体的热响应度（κρpc） 之比的增大而增大；推进剂装药内部辐射吸收系数增大时，表面附近吸收的能量增多，tid将减小；tid还随气相反应速率和活化能的增大而减小。

推进剂的点火温度Tscr越高，点火延迟时间越长。复合推进剂中的过氯酸铵在430℃左右开始分解， 其点火温度高于双基推进剂， 因此复合推进剂的点火通常比双基推进剂困难。

推进剂中氧化剂的粒度增大时，tid增长。但是当点火过程中装药表面形成熔化层时，粒度的影响将减小。 推进剂中加入少量的铜铬酸盐和氧化铁等催化剂时， 可使点火延迟时间缩短。 在复合推进剂中， 各种催化剂对点火延迟时间的影响通常与它们促进过氯酸铵热分解的效果是一致的。

推进剂装药燃烧表面较粗糙时，有利于对流换热，可使点火延迟时间tid缩短；表面残留脱模剂时，对对流换热起阻碍作用，将使tid增长；对于浇注成型的装药，表面氧化剂质量分数稍低于装药内部， 因此如果表面经过加工 （如车削、 铣等）， 则可使点火延迟时间缩短。 装药表面老化、 受潮及结霜等对点火均将产生不利影响。

4. 发动机结构

发动机燃烧室自由容积的大小对点火延迟时间有影响。 当自由容积增大时， 点火药燃烧产物充填燃烧室空腔的时间将延长， 压强上升变慢， 因而使点火延迟时间增长。

点火装置处于发动机内不同位置时也会影响点火延迟时间。 若点火装置位于发动机头部， 即前置式点火， 则所有点火药燃烧产物均参与点火过程， 点火延迟时间短； 反之， 若点火装置位于喷管一端时， 部分点火药燃烧产物直接从喷管排出， 相当于降低了点火能量， 点火延迟时间将延长。 因此， 与前者相比， 后置点火装置通常需要更多的点火药量。

发动机喷管堵盖除了具有密封和防潮的作用外， 对点火过程也有很大影响。 堵盖有助于加快点火药燃烧产物充填燃烧室空腔的过程， 压强升高快， 故可缩短点火延迟时间。