固体火箭发动机产品化工作探究

杨冀英 许通 胡伟 薛晓华 韩书锋 王敏 来平安

（中国航天科技集团有限公司第四研究院第四十一所，西安，710025）

引言

现代战争是高科技战争，装备在其中的重要作用日益凸显。以尽可能低的全寿命期费用，尽可能短的研制周期生产出新型武器用以装备部队是实现国防现代化的重要途径之一。随着航天产业的飞速发展和国家对装备产品实战化要求的不断提升，从平台到各级配套产品的通用性要求也发生了根本变化，从能用到好用、再到宽领域使用也促使我们的研制生产模式必须进行大调整，兼顾效率、效益两方面的因素[1]。党的十九大提出了建设航天强国、建设世界一流军队、培育具有全球竞争力的世界一流企业的新目标和新要求[2]，集团公司第八次工作会也明确了实现“三高”发展的建设目标。要实现这个目标，单纯依靠按照传统的“一个型号、一支队伍、一条生产线”的研制生产模式很难取得显著地成效。一方面，是时间上难以保障。首先，航天产品科研生产管理以及质量管理体系是“航天品质”的防火线，其控制流程及审查节点的设置导致产品的固有研制生产周期较长；其次，高可靠性的要求带来的一系列必不可少的试验项目、确认工作，在很大程度上限制了产品研制生产效率的提升；最后，虽然自动化设备被大量应用，但是在现有的工艺技术水平下，部分产品的固有周期还无法得到大幅度缩短，如推进剂、复合材料壳体的固化时间等。另一方面，成本上难以控制。首先，众多的产品种类必然占用更多的人力、物力，最终带来的是研制周期、成本的增加；其次，多种类、小批量的生产任务也使得现有的生产设备难以发挥最佳的生产能力。

综上所述，在标准化工作中深入推进产品化，压缩不必要的产品种类，才能实现科研生产所需的各类资源的最优化配比。

1 产品化工作思路

固体火箭发动机是一种采用固体推进剂的动力装置，主要由燃烧室、喷管、点火装置、点火火工品和安全机构等部件组成[3]，发动机结构简图如图1 所示。其主要使命任务是为导弹飞行提供动力。

图1 固体火箭发动机结构简图

固体发动机因其结构相对简单，使用维护简便而成为导弹系统的理想动力。武器系统对技战术指标的极致追求决定了发动机必须因武器的战术指标不同而有所差异，这就是固体发动机弹机一体化程度高的原因，即一型导弹对应一型动力。不同型号的导弹对发动机的要求存在很大的差异，也使得发动机在实现产品化的道路上困难重重。

发动机的输入要求一般包括结构及接口、性能和环境条件等，具体如下：

a）结构方面：弹总体对级间连接、装配空间、线缆安装以及过载要求的不同使得发动机前后裙结构尺寸、局部外形尺寸差异较大；弹总体对发动机气动外形要求的不同使得发动机整体外形尺寸差异较大。

b）性能方面：弹总体对发动机过载载荷、能量要求的不同直接影响到发动机绝热壳体选材及结构设计、推进剂配方选择及药型设计等。

c）环境条件方面：弹总体对发动机使用环境、贮存环境要求的不同使各型号在推进剂种类、药型设计、防锈、密封等方面也不尽相同。

鉴于上述几个因素的影响，发动机产品化工作主要从以下3 个方面开展：

a）原材料级——针对目前各型号原材料选用情况，统一同规格原材料技术指标，健全新材料研制程序，逐步实现原材料按规格选用、去型号化。

b）零件级——提高成熟产品的通用化程度，逐步实现标准化，逐步建立通用零件产品序列。

c）部组件级——对功能相对独立的部组件级产品进行模块化、通用化设计，健全部件级通用产品选用、评估制度，提高发动机产品的标准化程度。

2 产品化工作进展

近年来，结合固体火箭发动机生产研制实际，我所致力于产品化工作的深入开展，建立了内容涵盖发动机零、部、组件及整机等各级产品的产品化标准体系，包含产品标准52 项。以产品标准为牵引，充分发挥标准产品优势，诸如密封圈、螺栓等系列重要零件产品标准的制定，滚控发动机、试验表征发动机、安全机构、点火装置系列产品化工作的持续推进，都对航天产品化工作实现质的飞越功不可没。

截至目前，我所已完成固体火箭发动机安全机构 (DZ 系列、TA 系列)、点火药片、点火药盒、点火药柱、点火燃烧室等15 类近30 种产品的产品化设计工作，形成产品标准31 项。《DZ-1 安全机构规范》《TA-1 安全机构规范》《点火导爆索组件》等3 项国军标已完成报批。

产品化工作在促进科研生产工作高效开展、确保产品质量、降低质量成本方面发挥了显著的推动作用。同时，随着标准产品广泛应用于型号，其在减少人为设计差异、压缩通用产品种类、提高通用产品技术成熟度等方面的作用也日益凸显。

3 安全机构产品化实例

3.1 安全机构产品化的必要性

由我所自行研制的DZ 系列、TA 系列安全机构，担负着根据发控指令确保发动机安全点火、消除系统误发火的重任，被广泛应用于战略、战术和宇航型号发动机的点火系统和自毁系统。安全机构为机电产品，元器件、零部件庞杂。由于安全机构的多型号应用，其生产、制造、验收要求各不相同，导致试验项目的大量重复，工艺文件繁多，同用途试验工装种类过多等问题的不可避免，无形中降低了产品的可靠性，成为产品批量生产的负累，严重影响型号交付进度。去任务化、去型号化，实现安全机构的产品化是解决上述问题的唯一途径。

3.2 安全机构产品化的可行性

DZ 系列安全机构，包括DZ-1/0-0，DZ-1/0-0A、DZ-2/0-0 等三型，其中两型已于2002 年完成设计定型，DZ-2 安全机构于2014 年完成设计定型。DZ 系列安全机构已应用于20 余种型号，各型安全机构产品均已生产逾千台，产品技术成熟、工艺稳定。TA 系列安全机构情况与之类似，技术成熟，型号应用广泛，试验考核充分，具备成为货架产品的前提条件。

3.3 安全机构的产品化

以DZ 系列安全机构为例，基于多型号应用实际，在充分考虑应用效果的前提下，对各型号通用技术指标进行了统一并纳入标准。

a）安全机构生产、制造、装配至整机装配完成阶段，手动状态转换电压由DC24V～32.5V，统一为25V，不依型号要求的改变而改变；

b）安全机构100%随机振动应力筛选试验、100%温度应力筛选试验中，机构安装支架由之前的20 余种统一为2 种；

c）温度应力筛选试验条件统一为1 种。

安全机构产品化的实现，极大地提高了发动机整机的标准化程度和产品可靠性。以TA-1 安全机构产品化前、后某型号发动机及其远距离发火装置标准件件数系数的变化为例，标准产品的应用成效可见一斑。安全机构产品化前、后零部件总数、标准件件数系数对比分别如图2、图3所示。从柱形对比图中可以直观地看到，安全机构产品化前，远距离发火装置的零部件总数多达337 件，几乎占到了发动机零部件总数的一半，而产品化后，这一数量降至7 件，零部件数量压缩率达到了98%；同时，发动机的标准件件数系数也从产品化前54%提高到了产品化后的63%。

图2 安全机构产品化前、后零部件总数对比

图3 安全机构产品化前、后标准件件数系数对比

4 点火装置产品化实例

固体火箭发动机点火装置分为2 种类型：篓式点火装置和小火箭式点火装置。主要由绝热顶盖、引燃药盒、燃烧室壳体，燃烧室装药（推进剂或烟火剂）等组成。作为发动机重要部件之一，点火装置的主要功能是执行点火指令，可靠点燃发动机，并保证工作全程较高的可靠性和安全性。

在归纳整理大量设计参数、技术指标和型号应用情况的基础上，我们梳理出点火装置多项可能实现产品化的“种子零部件”并有针对性地开展产品化工作。目前，已实现点火药片、点火药盒、点火药柱、点火燃烧室等点火零部件的产品化，形成产品标准18 项并成功应用于型号，取得了良好的收效。图4 为点火装置产品化前、后某型号标准件件数系数的变化情况。发动机的标准件件数系数显著提升，从产品化前的65%提高到了产品化后的85%。

图4 点火装置产品化前、后标准件件数系数对比

总之，基于各型发动机组成结构相近的前提条件，产品化个案并非特例，具有一定的普适性和代表性。由产品化带来的产品种类的压缩、生产效率以及产品可靠性的提高毋庸置疑。后续，随着产品化工作的不断推进、货架产品标准体系的日臻完善，货架产品统一状态、统一组批生产、统一试验考核以供不同型号灵活选用，愿景可期。

5 结束语

在航天产业规模迅速壮大、型号研制和批生产数量大幅增加、发射试验任务空前繁重的大背景下，保成功、保交付的压力倍增，研制与批产并重、质量与成本并重已成为航天产业实现战略转型必须面对的问题。同时，伴随装备平台通用化要求的不断提高，装备快速保障、快速研制、快速装备应用模式的逐步形成。

产品化工作在促进科研生产工作高效开展、确保产品质量、降低质量成本等方面发挥了显著的推动作用，是减少人为设计差异、压缩通用产品种类、提高生产效率、提高通用产品的技术成熟度和可靠性的有效途径。未来，深入实施标准化战略，统筹规划标准化工作，加快标准研制和体系建设，强化工作机制创新，加强管理和协调配合，紧密结合型号研制需求，着力提高标准化工作的适应性和有效性，发掘更多的固体火箭发动机的单机产品、典型产品，满足去型号化、去任务化的需求，提供性能优良、质量可靠的配套产品，我们将为之不懈努力。