四種機動車用火箭及制動系統的製作方法

2023-04-25 11:06:46

專利名稱：四種機動車用火箭及制動系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及四種機動車制動用火箭及制動系統，屬於汽車製造技術領域，也涉及 噴氣推進技術領域。
背景技術：
機動車的制動系統是機動車的非常重要的系統，它直接關係到機動車自身以及乘 員貨物和周圍環境的安全。傳統的制動方式是利用對裝在車輪上的制動部件的摩擦，使車 輪停轉產生「輪胎拖印」而達到對車輛止動的目的，此種制動方式可稱為「輪式制動」或「摩 擦制動」。這在很多文獻中有很翔實的記載。本案主要以汽車為例給予說明。
第一汽車製造廠編的《解放牌載重汽車零件目錄》(機械工業出版社1977年12月 北京第四版1977年12月北京第五次印刷)第3頁記載了 「剎車、腳剎車、蹄片式，由壓縮 空氣驅動，作用於全部車輪上，手剎車、圓盤式，裝於傳動系統中，機械式操縱」，從第83頁至 101頁運用文字和多幅詳盡的圖樣記載了通過對車輪制動部件的摩擦實現制動；運用「機 械式操縱」控制制動，由壓縮空氣驅動的剎車(制動)系統，「前輪剎車器」、「後輪剎車器」， 「踏板」。
二^^一世紀的新型時尚的汽車的制動系統沒有根本的變化。金盾出版社2006年 12月出版的《新編汽車底盤維修圖解》第157頁至第174頁「七、制動系的維修」，圖7-2就 示出了「行車制動裝置」、「車輪駐車制動系」，圖7-4示出了上海桑塔納轎車液壓制動系統。 5、「前輪盤式制動器」。6、「後輪鼓式制動器」，「圖7-1東風EQ1090E型汽車氣壓鼓式前輪制 動器」，「圖7-18示出桑塔納2000型轎車前輪制動器分解圖」，還有文字記載的「桑塔納盤式 車輪制動器」，「圖7-55桑塔納2000型轎車後輪制動器分解圖」，「圖7-58拆卸後輪制動器 制動蹄」，「圖7-86示出了 EQ1092型汽車前輪制動器」，「圖7_87示出EQ1092型汽車後輪制 動器」。
2008年第3期《汽車導購》第40頁登載的周身可以找到很多相當前衛的設計理念 的新生代代表的自動時尚型馬自達2的制動裝置型式(前/後)通風盤式/鼓式；全新威 馳(V/DS)的制動裝置型式(前/後)為通風盤式/鼓式。克萊斯勒鉬銳CHRYSLER制動裝 置型式(前/後)通風盤式/實心盤式。08年3. 28-4. 03, NO :392《車友報》A22頂級改裝 阿斯頓·馬丁 V8就有一幅圖是「碩大的剎車盤一覽無餘，很是搶眼」，「剎車盤」仍然在車輪 上。《車薦通》08年4期75頁記載奧迪A8L的前後都是通風盤式剎車。《汽車導購》08年3 期23頁登載的道奇鋒哲的制動裝置是前後皆盤式。
上述文獻記載都直接間接證明了傳統的制動方式都是通過車輪上的制動部件，如 前輪盤式制動器，後輪鼓式制動器的摩擦使車輪止動，無論是大車或小車，客車或貨車行車 或駐車，前輪或後輪，盤式或鼓式，通風盤式或實心盤式，各種改變都沒有跳出車輪制動的 範圍；從公知的事實到公開使用，從城市到鄉村的公路上行駛的汽車，甚至更廣泛的農用 車，摩託車，自行車，從機動車到非機動車都沒有車輪摩擦制動之外的方式；總之，從二十世 紀中葉到二十一世紀初，以至2008年所記載傳遞的信息全部都是車輪摩擦制動方式。
輪式制動的最大技術問題是這種制動方式僅僅是停止，並且是逐漸地停止加於車 輪的繼續前進的動力和加速度，對汽車在行駛中已獲得的慣性力沒有影響，或影響很小；就 是說這種慣性力不是消耗在制動過程中，而是主要消耗在「輪胎拖印」中。正是這種慣性力 推動汽車繼續前進較長的一段距離，這段距離的長度，即所謂「輪胎拖印」的長度取決於汽 車的總重量和速度，也取決於路面狀況。人民交通出版社出版，湖南省交通學校編的《汽車 維修》記載的全輪制動理論計算距離為1. 3-7. Im(壓印及拖印距離)。
中國汽車報社主辦，汽車族雜誌社出版的2008年3月《汽車族》刊載的2008 雪佛蘭 Silverado 96-Okm/h 制動距離(m)2500HD 為 48. 8,3500HD 為 47. 6 ；2008 福 特 SuPERDUTY F-250 為 47.5m，F-450 為 44. 2m，2008 豐田 Tunda4X 2DoubleCab4. 7L ； 4X4Crewma X 5. 7L, Limited 在 96-Okm/h 制動距離(m)，分別為 44. 2 和 41. 8 ；2008GMC SIERRA HEAVYDUTY 96 Okm/h 制動距離(m) 2500HD SLT 為 52. 1 3500HD SLT 為 46. 3。
由於傳統方式的摩擦車輪上的制動部件，使車輪停轉，再利用車輪與地面的摩擦， 產生輪胎拖印消耗汽車的慣性力，逐漸停止汽車相對於路面的運動。這種方式對慣性力影 響很小，很慢，作用路程長，輪胎拖印長，制動時間長，難免釀成交通事故，甚至嚴重的群死 群傷事故。據公安部交通管理局統計，最近幾年全國每年發生的交通事故都在30萬起以 上，其中三成是剎車失靈造成。2007年中國發生道路交通事故30多萬起，造成8萬多人死 亡，38萬多人受傷，直接財產損失12億元，平均每天發生交通事故近900起，每天有200多 人死於車禍。
有關「汽車制動系統」的專利雖然不少，但能離開磨擦制動和離開車輪制動的卻不 多，楊錫奇的「汽車緊急制動安全裝置」ZL200720050935. 6簡介稱本專利結構簡單，易於制 做安裝，在汽車緊急制動時利用膠板抵壓於路面，可增加汽車與路面的摩擦，縮短了汽車的 制動距離。從制動方式看，這項專利與本申請，以及本人已獲授權的「汽車用制動棒及新型 制動系統」，專利號200820063358. 9，都跳出了傳統制動系統的「車輪」的局限和束縛，此三 項各有特點，屬於三種不同類別的制動方式；本申請不但跳出了 「車輪」的局限，也跳出了 「摩擦制動」的局限，輪胎拖印可以趨於0，其「突出的實質性特點和顯著的進步」都很明顯， 都不難判斷；而「安全裝置」雖然跳出了車輪的局限，有「突出的實質性特點」，卻未能跳出 「摩擦制動」的局限，從制動效果看，「輪胎拖印」仍較長，難說有「顯著的進步」，或說有沒有 「顯著的進步」是個問題。而本申請不但離開了車輪的摩擦，也離開了路面，對路面也就沒有 損毀，完全依靠自身的推力實現制動，效果也更加「顯著」，故名為「非路面制動系統」。
由於汽車製造技術二百多年的不斷發展進步，汽車各系統的製造技術日臻完善， 這在不少文獻中有所記載，這是新型制動系統可以借鑑，甚至可以完全移植的技術。在第一 汽車製造廠編的《解放牌載重汽車零件目錄》(修訂第四版)，記載了運用「機械式操縱」，控 制制動的由「壓縮空氣驅動」的剎車系統。
徐寅生、龔延成主編，金盾出版社出版(2006年12月第1版第1次印刷)的《新 編汽車底盤維修圖解》157頁至197頁用文字和原理圖記載了制動系統的各部分的結構原 理，「行車制動裝置」，「車輪駐車制動系」，「凸輪張開式中央駐車制動系」，「行車制動系又分 為液壓制動和氣壓制動兩種類型」，「上海桑塔納轎車液壓制動系統」，「解放CA1092型汽車 氣壓制動系統」，「單迴路制動系」，「前後分立式液壓制動系」，「對角分立式液壓制動系」，「東 風EQ1090E型汽車氣壓鼓式前輪制動器，」在書中其它部分也記載著控制(信息傳遞)，動力和直接制動部分的技術狀況。人民交通出版社1979年4月第1版第1次印刷，湖南省交 通學校編的《汽車維修》一書也在330頁至346頁集中記載了制動系統的控制、動力、制動各 部分的結構，並指出了 「所有汽車上都裝有兩套獨立工作的制動裝置，即腳制動器和手制動 器」，「腳制動器又分為氣壓制動和液壓制動。有的還有輔助機件如真空增壓器或氣壓增壓 器」，在書的其它部分也記載了有關控制，動力和制動的機構。在《新編國產汽車電路圖冊》， 《新編汽車電路燃油噴射系統結構與檢修》《轎車選購與用戶手冊》，《汽車電子控制技術自 學讀本》，》汽車電控系統故障診斷檢修實例》，《汽車維修工藝》，《東風柴油汽車結構與使用 維修》，《新編桑塔納系列轎車結構與使用維修》這些書中都記載了很多可供非路面制動系 統實現其製造的可供借鑑的結構，有的甚至可以直接用於非路面的制動系統的各部分。
噴氣推進技術經過一千多年的發展，已經十分成熟，用途更是遍布民用和軍用的 眾多領域。江洪編著的《煙花炮竹生產與安全》(輕工業出版社出版1980年5月第1版) 介紹了煙花炮竹的沿革、分類；闡述了燃燒與爆炸現象的基本理論；黑火藥的組成，性能、 製造、敏感度和穩定性，安全生產管理；煙火劑的燃燒(爆炸)反應、配比計算、製備；動力 藥劑推力的計算公式；書中還製作了 45幅計算圖表和78張附表。
以下是該書與噴氣推進技術及推進劑有關的部分內容
火箭是我國有著悠久歷史的偉大技術發明，是隨著我國古代四大發明之一的黑火 藥的問世而發展起來的。在唐宋兩代，「火藥什戲」之類的煙花已廣為流行，當時品種甚多， 製造工藝也相當進步，不但有了象徵瓜果、動物形狀的煙花，而且有了「起花火箭」(見

圖1) 等產品。唐代的起花火箭，箭筒用厚紙板或金屬板做成，火箭尾部的噴管一般用粘土做成。 當火藥箭被點燃以後，產生大量的氣體，由噴管向外迅速噴出，從而產生反作用推力，推動 火箭騰空升起。當火藥燃燒到最上端時，火箭頭部的閃光物質被點燃，並放射出絢麗的火 花。這幾乎同我們現在的火箭類煙花產品一樣了。煙花炮竹經唐、宋以後幾代的發展，已在 全國各地形成了若干傳統產地，如廣東的東莞、南海，廣西的北海、合浦，湖南的瀏陽、醴陵， 江西的萬載、萍鄉等地，都是煙花炮竹的集中產區。瀏陽產區早在1740年即已開始生產十 多個品種的鞭炮，並於1885年向外出口，銷往印度、日本、朝鮮、伊朗、南洋等地，在亞洲享 有盛譽。解放以後，我國的花炮產品發展到聲、光、煙、色、造型的綜合效果的五百多種，遠銷 五十多個國家，還生產了一批用於航海、漁業求救信號彈，文藝舞臺效果，軍事訓練的手雷 彈和農業、氣象用的土火箭等新產品。
燃燒與爆炸的基本理論一、燃燒與燃點，燃燒必須具備以下三個條件1、可燃物 質，能與氧或氧化劑起劇烈反應的物質，也叫做還原物質。2、助燃物質，凡能幫助和支持燃 燒的物質，也叫氧化劑，如空氣、硝酸鉀、氯氣等。3、著火源(也叫激發衝能)，凡是能夠引 起可燃物質燃燒的熱能(加熱、火焰、火星)、機械能(衝擊、摩擦、針刺)、電能(電火花、放 電)、光能(光線)、化學能和其他能等，都叫做激發衝能。1、閃點，當某些物質揮發出來的 蒸氣和周圍的空氣混合後與火源接觸，初次出現藍色火焰的閃光時的溫度，叫閃點或閃火 點。2、燃點，燃點也叫著火點，能使閃燃的火焰繼續燃燒，且燃燒時間不少於五秒鐘的溫度 叫燃點。用硝酸鋇和鋁粉製成的棒狀電火花，用火柴很難點燃，用黑火藥引線點火很快就能 點燃。3、自燃和自燃點，一種物質在沒有接觸火源的情況下，自發地起火，叫做自燃，形成自 發起火的溫度就叫做自燃點。二、爆炸，爆炸是一種物質(如氣體、混合氣體、粉塵、煙火藥、 TNT)發生的急劇的物理或化學變化，並同時放出大量能的現象。爆炸時，溫度與壓力急劇升高，產生爆破或推動作用。爆炸的三個特點是1、爆炸都是在壓力特別大，並且超出了外部 抵抗力的條件下發生的。2、爆炸是在一瞬間突然地迅速發生的。3、爆炸或多或少地要破壞 約束它的東西，即使完全是在空氣中爆炸，也會產生有壓力的氣浪(稱為衝擊波)。化學爆 炸是某些物質含有一種或多種化學成分，由於得到足夠引起起爆的能量而爆炸，而從原來 的物質變成了另外的一種或多種的物質，大部分或全部變成了氣體，並放出大量的熱。爆炸 所產生的氣體體積比原來的體積增大了數百至千倍以上，溫度高達3000 5000°C，壓力可 達幾萬到幾十萬個大氣壓。此種高溫高壓氣體的急劇膨脹，就形成了通常所見的爆炸現象。 普通的燃燒與化學爆炸的過程是有區別的，其本質的區別就在於普通燃燒的反應區域中 (在火焰中)沒有壓力急劇上升的現象。對某些化學爆炸而言，也可以說是瞬息間的燃燒， 因此，很多燃燒現象，由於壓力急劇增高而轉變為爆炸。形成爆炸必須具備三個條件(1) 化學反應的變化速度非常快，並且能夠自動地進行到底。這是化學爆炸最重要的條件，這種 變化速度要用百分之幾秒至百萬分之幾秒的時間來衡量。( 化學變化時能夠產生大量的 熱。( 反應過程產生大量氣體。IKg炸藥在爆炸時所產生的氣體體積為黑火藥^OL,硝化 棉765L，苦味酸675L，TNT690L，這些比原來的體積大數百倍的氣體，受熱後更加迅速膨脹， 使氣體和熱能都變為機械功。炸藥按其組成成分可分為三類1、由不能爆炸的物質組成的 爆炸混合物，例如煙火藥；2、爆炸化合物炸藥，或叫單一炸藥，它們本身就是一種化合物，具 有爆炸性能，如TNT ；3、由炸藥組成的爆炸混合物，其目的是改善原來炸藥的爆炸性能，如 黑索金等。按炸藥的用途分為四大類1、發射藥，包括黑火藥，無煙火藥(硝化纖維、硝化甘 油)；2、猛炸藥，它的特點是爆轟，包括TNT、黑索金等；3、起爆藥；4、煙火劑，氯酸鹽和高氯 酸鹽，具有猛炸藥的性質。炸藥必須靠外界力量才能爆發，這種力量叫做激發衝能，或叫起 爆能，炸藥爆發所需的某種激發衝能的大小程度，一般叫做敏感度(或簡稱為感度)。
黑火藥是一種機械混合物，其中的成分在化學上是互不結合的。也就是說它的各 種成分的分子是各自單獨存在的，只是或多或少地混合在一起。因此，黑火藥無論從化學 還是物理的現象來看，都是一種不均勻的物質，按其結構來說，在某種程度上它是一種多孔 的物質，其主要性能取決於各成分的拼合程度和成分的配比。黑火藥的爆發分解反應很復 雜，它隨著組分的不同和反應時的溫度、壓力的不同而有所變化。據試驗推論，由74.8% 的硝酸鉀、11. 8%的硫和13. 4%的木炭組成的黑火藥，它的爆發分解是由五個方程式中的 兩個或三個同時進行的，……。長期以來，人們就試圖解釋為什麼硝酸鉀、木炭和硫這三 種非爆炸性的物質混合在一起，會形成一種爆炸性物質。特別不能理解的是硝酸鉀和木 炭或硝酸鉀和硫的二元混合物則是不爆炸或是爆炸性很弱的。許多科學家(包括笛卡兒 和牛頓)都力圖說明黑火藥燃燒時所發生的反應過程。有人對黑火藥在炮膛內爆發反應 進行了研究，認為它的分解過程為2KNC3+S+3C — K2S+N2+3C02……。有人通過大量試驗認 為黑火藥的燃燒是兩個過程。第一階段按照放熱反應發生氧化反應10KN03+8C+3S = 2K2C03+3K2S04+6C02+5N2+979千卡……。黑火藥燃燒或爆發時，產生一股張力(推力)，這股張 力就叫做火藥力。火藥力有的以每公斤火藥燃燒(爆發)時產生的大氣壓和氣體數量表示 (I^Po/Kg)，有的以每公斤火藥燃燒(爆轟)時可以把多大質量的物體推出多少公尺表示 (m -Kg/Kg) 0火藥力的大小，是火藥爆發後產生的氣體數量(嚴格說是比容)、壓力、爆熱和 爆速決定的。每克黑火藥爆發時，產生氣體的容積約為^Ocm3左右，爆熱約為720卡，火焰 溫度約為2500°C左右，火藥力為MOOL ·Ρο/Ι^。實際上火炸藥的火藥力主要是由爆發速度決定的。爆速越快，火藥力越大，作功能力(或叫破壞力)也越大。例如以1磅火炸藥將1 磅重的物體拋出的距離(英尺)計算黑火藥為11萬，而通常的軍用炮藥為30萬(ft-Ib/ Ib)；影響黑火藥燃速的主要因素有壓力、組成和密度，另外還有激發衝能、溫度、溼度、細度 和拼合程度等。據《炸藥理論教程》(蘇聯斯尼特科編著)一書的介紹，當黑火藥密度為1.3 時，用很大的起爆能使它爆轟，作者觀察到的最大爆轟速度為每秒3000 4000m，但很多研 究者對密度為1. 2的黑火藥，用普通起爆能引起的爆轟所測得爆轟速度都在380 420m/s 之間。
煙火劑是生產煙花產品的藥劑，它們在燃燒(或爆炸)時，產生光、熱、煙、聲和運 動的效果，包括有色發光劑、照明劑、閃光劑……動力(發射)藥劑和引燃劑等。煙火劑也是 一種機械混合物。它的主要成分是氧化劑和可燃物，再加上粘合劑和特種效應的藥劑。常 用氧的化合物或六氯代苯、六氯乙烷作為煙火劑中的氧化劑；附表33《幾種主要氧化劑的 理化性能》列出了 KCI03、KCI04、KNO3等氧化劑的分子量、熔點、反應式、含氧量、生成熱等理 化性能。附表38主要可燃物及其氧化物的理化性能列出了鋁、鎂等十多種可燃物的性能； 附表39可燃物的氧化物生成熱列出了硫、鋁、磷等可燃物的氧化物生成熱。
動力藥劑又叫推進劑，它是用來填裝運動的花炮產品的，例如升空、旋轉和移動 位置(前進或後退)的產品，利用動力藥劑燃燒時所產生的後推力，使產品本身作各種 運動。動力藥劑的力主要取決於燃燒時氣態生成物的體積，每克藥劑燃燒時生成的氣體 體積愈大，產生的力也愈大，這種力稱為比衝量或推力，單位是每秒鐘燃燒多少公斤推進 劑，產生多少公斤的推力來計算。火箭用的動力藥劑的推力，可用下列近似的公式計算 F= (Pe-Pa)Ae+mVe式中F-推力，Pe-噴管出口處氣流的壓力，Ve-噴管出口處氣流的速 度，Ae-噴管出口處的橫截面積，m-推出質量速度(即單位時間內燃燒產生的氣體數量)， Pa-氣體排出的大氣壓力。要精確計算出火箭類產品的推力，是較為困難的。不過一般花炮 產品也不需要這樣精確計算。
最早的固體燃料——黑火藥的發明促進了火箭的發展，火箭的廣泛運用又推動了 各種燃料的開發和發展，20世紀40年代初期，大型液體火箭的成功發射奠定了現代航天技 術的基礎，在火箭上千年的發展歷史中，燃料和火箭；固體燃料與液體燃料；軍用和民用； 火箭和衛星；力學、熱力學和材料學；電子技術，自動控制技術，計算機技術，噴氣推進技術 和製造工藝技術；醫學，真空技術和低溫技術之間相互滲透，相互交叉和相互促進，發展成 為現代完善的航空航天技術和龐大的航空航天產業。
謝礎、賈玉紅主編，黃俊、吳永康編的《航空航天技術概論》(北京航空航天大學出 版社2008年8月第2版)，對航空航天技術作了全面詳盡的介紹，在第3章第4節火箭發動 機中對火箭發動機的主要性能參數，對液體火箭、固體火箭和固-液混合火箭發動機作了 深入的講解。火箭發動機(簡稱火箭)的特點是不僅自帶燃燒劑，而且自帶氧化劑。按加 速工作介質(氣流)的能源的不同，火箭發動機可分為化學能火箭發動機與非化學能火箭 發動機(如電能火箭發動機、核火箭發動機、太陽能火箭發動機)，目前使用最多的是化學 能火箭發動機。化學能火箭發動機的工作原理是將燃燒劑和氧化劑在燃燒室進行燃燒，將 化學能轉變成高溫燃氣，經尾噴管噴出而產生推力。燃燒劑和氧化劑統稱為推進劑。按推 進劑類型的不同，火箭發動機可分為液體、固體和固-液混合發動機三大類。液體火箭發動 機分為單組元、雙組元和三組元液體火箭發動機。
單組元液體火箭是只靠一種推進劑組元，這種組元能靠自身分解進入燃燒，常用 的單組元推進劑有過氧化氫、無水胼、硝酸異丙酯等。單組元火箭發動機系統相對簡單，但 能量低，比衝低(比衝約1700m/s左右)，推力室中裝有催化劑以加快分解。常用於小型輔 助發動機或燃氣發生器，該書圖3-23所示為美國「水星」號載人飛船採用的過氧化氫(H2O2) 液體單組元火箭推進系統示意圖。雙組元液體火箭因其比衝很高，且與電推進系統相比，系 統耗電量又很少的一種比較成熟的推進系統，是目前火箭發動機中應用最廣的系統。系統 由推進劑輸送系統、流量調節控制活門、推力室(包括噴注器、燃燒室、噴管)和冷卻系統等 組成，推進劑中的氧化劑和燃燒劑分別存放在單獨的貯箱裡，工作時需要專門的輸送系統 分別將它們送到燃燒室，燃燒後的高溫高壓氣體經推力室高速噴出產生推力(如圖3-M所 示)。推進劑輸送系統的功用是按要求的流量和壓力向燃燒室輸送推進劑，火箭正常工作 時要有一定的壓強把推進劑從貯箱擠壓到燃燒室中去，正常地輸送推進劑是保證液體火箭 發動機正常工作的先決條件。輸送系統可分為擠壓式和泵壓式兩種類型。擠壓式輸送系統 是利用高壓氣體(壓強為25 30MPa)經減壓閥減壓(降至3. 5 5. 5MPa)後，進入氧化 劑箱和燃燒劑箱。氧化劑和燃燒劑在壓力作用下分別由各自的管路經流量控制活門和噴注 器送入燃燒室進行混合、燃燒。如圖3-25所示為擠壓式輸送系統的工作過程。高壓氣體應 選與氧化劑、燃燒劑皆無反應的惰性氣體，如氮氣、氦氣或空氣。泵式輸送系統是利用渦輪 泵提高來自貯箱的推進劑的壓強，使推進劑按規定的流量和壓強進入燃燒室。如圖316所 示為泵式輸送系統的工作過程。燃氣發生器產生燃氣帶動渦輪轉動，渦輪通過齒輪箱帶動 氧化劑泵和燃燒劑泵工作，增壓後的氧化劑和燃燒劑經過活門進入噴注器噴入燃燒室，在 燃燒室內進行燃燒，最後燃氣通過尾噴管高速噴出，產生推力。該書結合圖3-25擠壓式輸 送系統和圖316泵式輸送系統對推進劑輸送系統作了詳盡的介紹。結合圖2-10、圖3-14、 圖3-15、圖3-27對推力室作了詳盡介紹。還對主要的推進劑作了介紹，常用的液體氧化劑 有液氧和液氟，除此之外還有一些複合氧化劑或包含有燃燒元素(碳、氫等)的化合物，如 硝酸、過氧化氫和一些氮的化合物(四氧化二氮N2O4、一氧化氮NO和一氧化二氮隊0等)。 液氧A 氧化力強，與燃燒劑混合後燃燒溫度高，無毒，密度高，成本低。但液氧的沸點低 (_183°C )，容易蒸發，不易貯存，因此很少用於飛彈，由於其燃燒熱值高，所以在航天飛行器 的運載火箭上應用較廣。過氧化氫H2A 可以作為氧化劑，也可以作為單組元推進劑使用。 火箭上使用的過氧化氫一般是65% 100%的水溶液。濃過氧化氫為無色液體，無毒，穩定 性好，但與普通重金屬接觸則容易引起分解，因此應注意材料的選擇，過氧化氫一般作為單 組元推進劑用於驅動渦輪的燃氣發生器或用於小推力姿態控制系統的發動機。燃燒劑主要 是由碳、氫以及氫與硼、鋁、碳、氮等元素組成的液態化合物，如液氫、航空煤油、胼及其衍生 物和混胺等。書中還介紹了液體推進劑的預包裝技術，製作預包裝推進劑，可以在很大程度 上克服液體火箭發動機作戰使用性能差的缺點。
書中在171 175頁結合圖3- 固體火箭發動機的組成，介紹了固體火箭發動機 的組成、工作原理及推進劑的種類、形狀、特點和優缺點。固體火箭主要由藥柱、燃燒室、噴 管組件和點火裝置等組成，發動機工作時，首先起動點火裝置，使點火藥包燃燒，產生具有 一定壓力和溫度的燃氣，使發動機藥柱點燃並燃燒，藥柱燃燒產生大量能量，並生成高溫高 壓的燃燒產物，燃燒後的產物作為工質從噴管噴出，產生推力。藥柱是由推進劑和少量添加 劑製成的圓柱體，它可以由一種或幾種固體推進劑組成。推進劑可以採取澆注的辦法充填在燃燒室內。藥柱的形狀要靠專門的模具來保證；也可以事先製成藥柱，在發動機裝配時充 填在燃燒室內。藥柱的表面可以用緩燃或難燃材料包覆起來，形成包覆層或阻燃層，用來控 制燃燒面積的大小和推力的變化規律。有時也可以通過採用兩種或兩種以上不同的燃速的 推進劑組合，達到調節燃燒室壓強變化和得到所需要的推力變化規律的目的。在藥柱燃燒 時，燃燒室的溫度可達到2500°C 3500°C的高溫和1 20MPa的壓強，所以燃燒室必須用 高強度合金或複合材料製造，並在藥柱和燃燒室內壁之間加裝隔熱襯。固體推進劑包含膠 體(雙基)推進劑和複合推進劑兩大類。膠體推進劑為一種有機物的固態溶液(混合物)， 目前用的較多的是硝化纖維在某些炸藥(硝化甘油和硝化二醇等)中的膠狀溶液。為了提 高推進劑的貯存安定性、提高燃燒速度和熱塑性以及降低爆炸危險等，還摻入了一些添加 劑，如穩定劑、催化劑、增塑劑和鈍化劑等。複合推進劑是將氧化劑的微粒均勻地分布在固 體燃燒劑中，是氧化劑微粒和燃燒劑的機械混合物。複合推進劑的氧化劑用的較多的是硝 酸鹽和氯酸鹽；而燃燒劑則是具有一定機械性能和粘附性能的粘合劑，常用的有橡膠、樹脂 和塑料等。膠體推進劑和複合推進劑的主要區別是複合推進劑能夠穩定燃燒的初始溫度和 壓力範圍更寬，燃燒溫度更高，比衝更大。藥柱的幾何形狀及尺寸直接決定著固體火箭發動 機的主要性能參數(推力和工作時間等)。因此藥柱的形狀必須根據推進劑的性能和發動 機的原始參數來確定。不同的藥柱形狀的燃燒方式也就不一樣，對推力的變化規律也產生 不同的影響。按燃燒方式的不同，可以將藥柱分為端面燃燒、側面燃燒和端、側面燃燒三種 類型，如圖3- 所示。隨著科技的發展，現代固體火箭的推力可以從幾牛頓到幾百萬牛頓， 工作時間也長達數分鐘，其推力大小和方向都可以得到適當的控制，多種發動機較好地實 現了多次起動。固體火箭發動機在飛彈探空、運載等多方面有了廣泛的應用。該書3. 4. 4結 合圖3-30固-液混合火箭發動機對其工作原理和性能特點作了介紹。固-液混合火箭是使 用固體組元和液體組元組合推進劑的火箭，圖3-30所示為此類發動機的示意圖。固-液混 合發動機多採用固體的燃燒劑和液體的氧化劑，因為液體氧化劑比液體燃燒劑的密度大， 因此有利於提高推進劑的平均比衝。發動機工作過程為高壓氣瓶中的氣體經過減壓閥減 壓，降低到所需壓力後進入氧化劑貯箱，液體氧化劑在壓力作用下經活門進入燃燒室的噴 注器，霧化了液體氧化劑被噴入到藥柱(燃燒劑)的內孔通道內。此藥柱只有一種組元，因 此不會產生燃燒反應。發動機工作時，由燃燒室頭部的噴注器向燃燒室內噴注少量與液態 氧化劑發生自燃的液體燃料並進行點火，燃燒後的燃氣對藥柱的內腔通道加溫，使其表面 氣化，再與噴注器出來的液體蒸汽混合而燃燒，燃燒生成的高溫、高壓燃氣在噴管中膨脹加 速，並以高速排出，產生推力。固一液混合發動機綜合了固、液兩種發動機的優點，其特點是 (1)混合推進劑的性能較好，其比衝與液體推進劑相近，比固體推進劑高得多，而平均密度 則比液體推進劑高；(2)結構上比固體發動機多了一個噴注器組合構件，但總體結構仍比 液體火箭簡單；C3)通過關閉或調節液體組元的流量，可以較方便地實現多次起動、關車和 推力調節。
空氣噴氣發動機的主要性能參數如下。
(1)推力發動機的推力是作用在發動機內外表面上壓力的合力，其單位為N。推 力產生的原理如圖3-5所示。由動量定理可得推力F的表達式為
F = qmi (Ve-V0) +qm0ve+A (pe—P0) (3-1)
式中，qmi和qm(l分別為進入發動機的空氣品質流量和出口燃氣質量流量(單位為kg/s)，V0為進口氣流速度，ve為噴管出口的燃氣速度，A為噴管出口面積，為出口氣流靜 壓，P。為周圍大氣靜壓。現代渦輪噴氣發動機的推力由幾KN到幾百KN。(2)單位推力每 單位流量的空氣(單位為kg/s)進入發動機所產生的推力稱為單位推力，它是衡量發動機 性能的重要指標。(3)推重比發動機推力(地面最大工作狀態下)和其結構重量之比，它 也是衡量發動機性能的一個重要指標。(4)單位耗油率產生單位推力(IN)每小時所消耗 的燃油量，其單位為kg/(N · h)。單位耗油率是發動機經濟性的重要指標。
3. 4. 1火箭發動機的主要性能參數(1)推力火箭發動機產生的原理與空氣噴氣發 動機基本相同，只是火箭發動機推進劑進入發動機時速度為零，所以推力F可表示為
F = qmpve+A (Pe-P0) (3~2)
其中，qmp為推進劑的質量流量(單位為kg/s)，其他符號的意義同(3-1)式。當高 度增大量，Po逐漸減小，直至P。— 0時，此時的推力為發動機的真空推力。
(2)衝量和總衝發動機的衝量決定於推力的大小和工作時間的長短。用符號I表 示，定義為推力對工作時間的積分，即
I=J10' Fdt(3-3)
如果ta代表發動機的全部工作時間，則I即為發動機的總衝量，簡稱總衝。當推力 F為常數時，發動機的總衝就等於推力與工作時間的乘積，即I =F*ta，總衝的單位是N*s， 它反映了發動機工作能力的大小，是火箭發動機的一項重要的性能參數，決定著火箭射程 的長短或有效載荷的大小。( 比衝是指發動機燃燒Ikg推進劑所產生的衝量，單位為m/ S。比衝是火箭發動機的另一項重要性能參數，一方面當發動機的總衝一定時，比衝越高，則 發動機所需推進劑的質量越少，因此發動機的尺寸和質量都可以減少；另一方面，若推進劑 的質量給定，比衝越高，則發動機總衝就越大，因此可以使火箭的射程或有效載荷相應地增 加。在該書262頁有為了能不斷的多次快速點火，採用氧化劑和燃燒劑相遇即可自燃的推 進劑，如^ 和一甲基胼和偏二甲胼。這種控制方式結構簡單，不需要轉動機構和作動器， 僅需要對推進劑的噴和停進行控制。
蘇A.A.希什科夫著，耳玲姍譯，王南炎校的《固體火箭發動機氣體動力學》(國 防工業出版社1979年2月第1版)第一章1. 1概述中在噴氣發動機中固體燃料火箭發動
權利要求
1.一種機動車用單組元液體燃料制動火箭(1)，包括尾噴管(1-4)，燃燒室(1-5)，隔熱 襯墊(1-7)，點火裝置(1-10)，噴注器(1-11)，推進劑輸送閥(1-12)，推進劑貯箱(1-13)，推 進劑(1-14)，催化劑(1-15)；其特徵是所述制動火箭(1)沒有飛行功能，箭體(1-1)及火 箭頭部(1-2)不一定有氣動外形，也沒有尾翼，箭體結構內沒有有效載荷，相當於有效載荷 的是箭體以外的車體，箭體外殼(1-1)上製作有多道連接環(1-3)，尾噴管(1-4) 口部有噴 管蓋(1-6)與之滑動配合，壓縮空氣輸氣管(1-8)，壓縮空氣輸入閥(1-9)，電子線路(5-1) 是制動系統操控部分(5)用於連接和控制輸入閥(1-9)，點火裝置(1-10)，推進劑輸送閥 (1-12)的部件。
2.一種機動車用雙組元液體燃料制動火箭O)，包括尾噴管0-4)，燃燒室0-5)，隔熱 襯墊0-7)，點火裝置(2-10)，噴注器(2-11)，推進劑輸送閥(2-12)，燃燒劑貯箱(2_13)， 燃燒劑(2-14)，氧化劑貯箱(2-15)，氧化劑0-16)；其特徵是所述制動火箭( 沒有飛行 功能，箭體及火箭頭部(2-2)不一定有氣動外形，更沒有尾翼，箭體結構內沒有有效 載荷，相當於有效載荷的是箭體外的車體，箭體外殼上製作有若干道連接環0-3)， 尾噴管0-4) 口部有噴管蓋(2-6)與之滑動配合，壓縮空氣輸氣管0-8)，壓縮空氣輸入閥 0-9)，電子線路(5-1)是制動系統操控部分(5)用於連接和控制輸入閥0-9)，點火裝置 (2-10)，推進劑輸送閥(2-12)的部件。
3.一種機動車用固-液燃料兼用制動火箭(3)，包括尾噴管(3-4)，燃燒室(3-5)，隔熱 襯墊(3-7)，藥柱(3-8)，火藥盒(3-9)，發火管(3-10)，側面燃燒通道(3_11)，藥柱燃燒通道 (3-12)，預包裝層(3-16)；其特徵是所述制動火箭C3)沒有飛行功能，箭體(3-1)及火箭 頭部(3-2)不一定有氣動外形，也沒有尾翼，箭體結構內沒有有效載荷，相當於有效載荷的 是箭體外的車體，箭體外殼(3-1)上製作有若干道連接環(3-3)，尾噴管(3-4) 口部有噴管 蓋(3-6)與之滑動配合，電子線路(5-1)是制動系統操控部分(5)用於連接和控制發火管 (3-10)的部件。
4.一種機動車用固-液混合燃料制動火箭G)，包括尾噴管G-4)，燃燒室0-5)，隔 熱襯墊G-7)，藥柱0-8)，火藥盒0-9)，發火管(4-10)，噴注器(4-11)，氧化劑輸送閥 (4-12)，氧化劑貯箱(4-14)，氧化劑(4-15)，側面燃燒通道0-16)；其特徵是所述制動火 箭沒有飛行功能，箭體(4-1)和火箭頭部(4- 不一定有氣動外形，也沒有尾翼，箭體外殼 (4-1)製作有數道連接環G-3)，噴管G-4) 口部有噴管蓋(4-6)與之滑動配合；壓縮空氣 輸入閥(4-17)，壓縮空氣輸氣管G-18)；電子線路(5-1)是制動系統操控部分(5)用於連 接和控制發火管(4-10)，推進劑輸送閥(4-12)，壓縮空氣輸入閥G-17)的部件。
5.一種機動車制動系統，包括操控部分(5)；其特徵是所述制動系採用單組元液體燃 料制動火箭(1)；將四枚火箭(1)頭部(1- 向後，尾噴管(1-4)向前，使用連接環(1-3)， 分別牢固的連接在汽車底盤(11)、後橋(7)和前橋(8)的適當位置，使其不能有絲毫鬆動， 又能方便拆卸；在需要緊急制動時，由制動系的控制部分(5)通過電子線路(5-1)向輸入 閥(1-9)，推進劑輸送閥(1-12)，點火裝置(1-10)發出啟動指令，壓縮空氣經輸氣管(1-8) 和輸入閥(1-9)進入推進劑貯箱(1-13)，推進劑(1-14)由輸送閥(1-12)輸送，由噴注器 (1-11)噴注到燃燒室(1-5)，經催化劑(1-15)催化，由點火裝置(1-10)引燃，推進劑在燃 燒室急劇燃燒產生大量高溫高壓氣體經由噴管(1-4)衝開噴管蓋(1-6)高速噴出，產生推 力，推力經由連接環(1-3)作用於車底盤(11)，對抗、消耗車體已有慣性力，縮短制動距離。
6.一種機動車制動系統，包括操控部分(5)；其特徵是所述制動系採用雙組元液體 燃料制動火箭O)；將四枚制動火箭( 頭部(2-2)向後，尾噴管0-4)向前，使用連接環 0-3)，分別牢固的連接在汽車底盤(11)、後橋(7)和前橋(8)的適當位置，使其不能有絲毫 鬆動，又能方便拆卸。
7.一種機動車制動系統，包括操控部分(5)；其特徵是所述制動系採用固-液燃料兼 用火箭(3)；使用連接環(3- 將四枚火箭C3)頭部(3-2)向後，尾噴管(3-4)向前安裝在 汽車底盤(U)的適當位置。
8.如權利要求7所述制動系統，其特徵是所述制動系的燃料採用圓形燃燒通道 (3-14)，在藥柱(3-13)的二個端面和外側面採用阻燃材料作包覆層(3-15)；採用含硝酸鉀 61. 91 %，硫15. 06%，碳21. 42%，裝填密度1. Og/cm3的黑火藥作推進劑；火箭長28cm,直徑 IOcm0
9.一種機動車制動系統，包括操控部分(5)；其特徵是所述制動系採用固-液混合燃 料火箭⑷；將四枚火箭⑷頭部G-2)向後，尾噴管G-4)向前，使用連接環G-3)分別 牢固的連接在汽車底盤(11)上；前部的二枚與後部二枚火箭由操控部分( 通過電子線路 (5-1)實行分別控制。
10.如權利要求9所述制動系統；其特徵是所述制動系採用代號1871,96.5%黑索 金，1.8%黏結劑，0.7%有機玻璃和石墨，密度1.758%111_3，爆速8565111·^的耐熱炸藥 作燃燒劑；過氧化氫H2A作氧化劑；藥柱G-21)採用六瓣梅花形燃燒通道(4-19)，側面為 燃燒通道G-20)；火箭長32cm，直徑12cm。
全文摘要
本發明公開了四種機動車用制動火箭及制動系統，涉及機械製造和噴氣推進技術；提供了單組元和雙組元兩種液體火箭、固體火箭、固-液混合火箭，以及這四種火箭分別組成的六種機動車制動系統；並改掉原輸送系統，在需要緊急制動時，制動火箭被立即啟動，並在百分之幾秒的時間內作出迅速反應，火箭推進劑快速燃燒產生的高溫高壓氣體從尾噴管高速噴出，爆發出強大推力，抵消掉車體的慣性力，縮短「輪胎拖印」，減少車禍，提高車輛安全性能；適用於長途大客車、大貨車、越野車、工具車、摩託車、電動車、混合動方車、特種車輛、各型轎車、皮卡、賽車、農用三輪、農用四輪，尤其是適用於需要長途行駛和在山路上行駛的各種車輛。
文檔編號B60T1/12GK102029981SQ20101050507
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月28日 優先權日2009年9月29日
發明者李開超 申請人:李開超