固體火箭發動機產品化工作探究

楊冀英 許通 胡偉 薛曉華 韓書鋒 王敏 來平安

（中國航天科技集團有限公司第四研究院第四十一所，西安，710025）

引言

現代戰爭是高科技戰爭，裝備在其中的重要作用日益凸顯。以盡可能低的全壽命期費用，盡可能短的研制周期生產出新型武器用以裝備部隊是實現國防現代化的重要途徑之一。隨著航天產業的飛速發展和國家對裝備產品實戰化要求的不斷提升，從平臺到各級配套產品的通用性要求也發生了根本變化，從能用到好用、再到寬領域使用也促使我們的研制生產模式必須進行大調整，兼顧效率、效益兩方面的因素[1]。黨的十九大提出了建設航天強國、建設世界一流軍隊、培育具有全球競爭力的世界一流企業的新目標和新要求[2]，集團公司第八次工作會也明確了實現“三高”發展的建設目標。要實現這個目標，單純依靠按照傳統的“一個型號、一支隊伍、一條生產線”的研制生產模式很難取得顯著地成效。一方面，是時間上難以保障。首先，航天產品科研生產管理以及質量管理體系是“航天品質”的防火線，其控制流程及審查節點的設置導致產品的固有研制生產周期較長；其次，高可靠性的要求帶來的一系列必不可少的試驗項目、確認工作，在很大程度上限制了產品研制生產效率的提升；最后，雖然自動化設備被大量應用，但是在現有的工藝技術水平下，部分產品的固有周期還無法得到大幅度縮短，如推進劑、復合材料殼體的固化時間等。另一方面，成本上難以控制。首先，眾多的產品種類必然占用更多的人力、物力，最終帶來的是研制周期、成本的增加；其次，多種類、小批量的生產任務也使得現有的生產設備難以發揮最佳的生產能力。

綜上所述，在標準化工作中深入推進產品化，壓縮不必要的產品種類，才能實現科研生產所需的各類資源的最優化配比。

1 產品化工作思路

固體火箭發動機是一種采用固體推進劑的動力裝置，主要由燃燒室、噴管、點火裝置、點火火工品和安全機構等部件組成[3]，發動機結構簡圖如圖1 所示。其主要使命任務是為導彈飛行提供動力。

圖1 固體火箭發動機結構簡圖

固體發動機因其結構相對簡單，使用維護簡便而成為導彈系統的理想動力。武器系統對技戰術指標的極致追求決定了發動機必須因武器的戰術指標不同而有所差異，這就是固體發動機彈機一體化程度高的原因，即一型導彈對應一型動力。不同型號的導彈對發動機的要求存在很大的差異，也使得發動機在實現產品化的道路上困難重重。

發動機的輸入要求一般包括結構及接口、性能和環境條件等，具體如下：

a）結構方面：彈總體對級間連接、裝配空間、線纜安裝以及過載要求的不同使得發動機前后裙結構尺寸、局部外形尺寸差異較大；彈總體對發動機氣動外形要求的不同使得發動機整體外形尺寸差異較大。

b）性能方面：彈總體對發動機過載載荷、能量要求的不同直接影響到發動機絕熱殼體選材及結構設計、推進劑配方選擇及藥型設計等。

c）環境條件方面：彈總體對發動機使用環境、貯存環境要求的不同使各型號在推進劑種類、藥型設計、防銹、密封等方面也不盡相同。

鑒于上述幾個因素的影響，發動機產品化工作主要從以下3 個方面開展：

a）原材料級——針對目前各型號原材料選用情況，統一同規格原材料技術指標，健全新材料研制程序，逐步實現原材料按規格選用、去型號化。

b）零件級——提高成熟產品的通用化程度，逐步實現標準化，逐步建立通用零件產品序列。

c）部組件級——對功能相對獨立的部組件級產品進行模塊化、通用化設計，健全部件級通用產品選用、評估制度，提高發動機產品的標準化程度。

2 產品化工作進展

近年來，結合固體火箭發動機生產研制實際，我所致力于產品化工作的深入開展，建立了內容涵蓋發動機零、部、組件及整機等各級產品的產品化標準體系，包含產品標準52 項。以產品標準為牽引，充分發揮標準產品優勢，諸如密封圈、螺栓等系列重要零件產品標準的制定，滾控發動機、試驗表征發動機、安全機構、點火裝置系列產品化工作的持續推進，都對航天產品化工作實現質的飛越功不可沒。

截至目前，我所已完成固體火箭發動機安全機構 (DZ 系列、TA 系列)、點火藥片、點火藥盒、點火藥柱、點火燃燒室等15 類近30 種產品的產品化設計工作，形成產品標準31 項。《DZ-1 安全機構規范》《TA-1 安全機構規范》《點火導爆索組件》等3 項國軍標已完成報批。

產品化工作在促進科研生產工作高效開展、確保產品質量、降低質量成本方面發揮了顯著的推動作用。同時，隨著標準產品廣泛應用于型號，其在減少人為設計差異、壓縮通用產品種類、提高通用產品技術成熟度等方面的作用也日益凸顯。

3 安全機構產品化實例

3.1 安全機構產品化的必要性

由我所自行研制的DZ 系列、TA 系列安全機構，擔負著根據發控指令確保發動機安全點火、消除系統誤發火的重任，被廣泛應用于戰略、戰術和宇航型號發動機的點火系統和自毀系統。安全機構為機電產品，元器件、零部件龐雜。由于安全機構的多型號應用，其生產、制造、驗收要求各不相同，導致試驗項目的大量重復，工藝文件繁多，同用途試驗工裝種類過多等問題的不可避免，無形中降低了產品的可靠性，成為產品批量生產的負累，嚴重影響型號交付進度。去任務化、去型號化，實現安全機構的產品化是解決上述問題的唯一途徑。

3.2 安全機構產品化的可行性

DZ 系列安全機構，包括DZ-1/0-0，DZ-1/0-0A、DZ-2/0-0 等三型，其中兩型已于2002 年完成設計定型，DZ-2 安全機構于2014 年完成設計定型。DZ 系列安全機構已應用于20 余種型號，各型安全機構產品均已生產逾千臺，產品技術成熟、工藝穩定。TA 系列安全機構情況與之類似，技術成熟，型號應用廣泛，試驗考核充分，具備成為貨架產品的前提條件。

3.3 安全機構的產品化

以DZ 系列安全機構為例，基于多型號應用實際，在充分考慮應用效果的前提下，對各型號通用技術指標進行了統一并納入標準。

a）安全機構生產、制造、裝配至整機裝配完成階段，手動狀態轉換電壓由DC24V～32.5V，統一為25V，不依型號要求的改變而改變；

b）安全機構100%隨機振動應力篩選試驗、100%溫度應力篩選試驗中，機構安裝支架由之前的20 余種統一為2 種；

c）溫度應力篩選試驗條件統一為1 種。

安全機構產品化的實現，極大地提高了發動機整機的標準化程度和產品可靠性。以TA-1 安全機構產品化前、后某型號發動機及其遠距離發火裝置標準件件數系數的變化為例，標準產品的應用成效可見一斑。安全機構產品化前、后零部件總數、標準件件數系數對比分別如圖2、圖3所示。從柱形對比圖中可以直觀地看到，安全機構產品化前，遠距離發火裝置的零部件總數多達337 件，幾乎占到了發動機零部件總數的一半，而產品化后，這一數量降至7 件，零部件數量壓縮率達到了98%；同時，發動機的標準件件數系數也從產品化前54%提高到了產品化后的63%。

圖2 安全機構產品化前、后零部件總數對比

圖3 安全機構產品化前、后標準件件數系數對比

4 點火裝置產品化實例

固體火箭發動機點火裝置分為2 種類型：簍式點火裝置和小火箭式點火裝置。主要由絕熱頂蓋、引燃藥盒、燃燒室殼體，燃燒室裝藥（推進劑或煙火劑）等組成。作為發動機重要部件之一，點火裝置的主要功能是執行點火指令，可靠點燃發動機，并保證工作全程較高的可靠性和安全性。

在歸納整理大量設計參數、技術指標和型號應用情況的基礎上，我們梳理出點火裝置多項可能實現產品化的“種子零部件”并有針對性地開展產品化工作。目前，已實現點火藥片、點火藥盒、點火藥柱、點火燃燒室等點火零部件的產品化，形成產品標準18 項并成功應用于型號，取得了良好的收效。圖4 為點火裝置產品化前、后某型號標準件件數系數的變化情況。發動機的標準件件數系數顯著提升，從產品化前的65%提高到了產品化后的85%。

圖4 點火裝置產品化前、后標準件件數系數對比

總之，基于各型發動機組成結構相近的前提條件，產品化個案并非特例，具有一定的普適性和代表性。由產品化帶來的產品種類的壓縮、生產效率以及產品可靠性的提高毋庸置疑。后續，隨著產品化工作的不斷推進、貨架產品標準體系的日臻完善，貨架產品統一狀態、統一組批生產、統一試驗考核以供不同型號靈活選用，愿景可期。

5 結束語

在航天產業規模迅速壯大、型號研制和批生產數量大幅增加、發射試驗任務空前繁重的大背景下，保成功、保交付的壓力倍增，研制與批產并重、質量與成本并重已成為航天產業實現戰略轉型必須面對的問題。同時，伴隨裝備平臺通用化要求的不斷提高，裝備快速保障、快速研制、快速裝備應用模式的逐步形成。

產品化工作在促進科研生產工作高效開展、確保產品質量、降低質量成本等方面發揮了顯著的推動作用，是減少人為設計差異、壓縮通用產品種類、提高生產效率、提高通用產品的技術成熟度和可靠性的有效途徑。未來，深入實施標準化戰略，統籌規劃標準化工作，加快標準研制和體系建設，強化工作機制創新，加強管理和協調配合，緊密結合型號研制需求，著力提高標準化工作的適應性和有效性，發掘更多的固體火箭發動機的單機產品、典型產品，滿足去型號化、去任務化的需求，提供性能優良、質量可靠的配套產品，我們將為之不懈努力。