簡介
固體火箭發動機由藥柱、燃燒室、噴管組件和點火裝置等組成。藥柱是由推進劑與少量添加劑制成的中空圓柱體（中空部分為燃燒面，其橫截面形狀有圓形、星形等）。藥柱置于燃燒室（一般即為發動機殼體）中。在推進劑燃燒時，燃燒室須承受2500～3500度的高溫和102～2×107帕的高壓力，所以須用高強度合金鋼、钛合金或複合材料制造，并在藥柱與燃燒内壁間裝備隔熱襯。
點火裝置用于點燃藥柱，通常由電發火管和火藥盒（裝黑火藥或煙火劑）組成。通電後由電熱絲點燃黑火藥，再由黑火藥點火燃藥柱。
噴管除使燃氣膨脹加速産生推力外，為了控制推力方向，常與推力向量控制系統組成噴管組件。該系統能改變燃氣噴射角度，從而實現推力方向的改變。
藥柱燃燒完畢，發動機便停止工作。
固體火箭發動機與液體火箭發動機相比較，工作時間短，加速度大導緻推力不易控制，重複起動困難，從而不利于載人飛行。
固體火箭發動機主要用作火箭彈、導彈和探空火箭的發動機，以及航天器發射和飛機起飛的助推發動機。
組成
固體火箭發動機主要由殼體、固體推進劑、噴管組件、點火裝置等四部分組成，其中固體推進劑配方及成型工藝、噴管設計及采用材料與制造工藝、殼體材料及制造工藝是最為關鍵的環節，直接影響固體發動機的性能。
固體推進劑配方各種組分的混合物可以用壓伸成型工藝預制成藥柱再裝填到殼體内，也可以直接在殼體内進行貼壁澆鑄。殼體直接用作燃燒室。噴管用于超音速排出燃氣，産生推力；噴管組件還要有推力矢量控制（TVC）系統來控制導彈的飛行姿勢。點火裝置在點火指令控制下解除安全保險并點燃發火藥産生高溫高壓火焰用于點燃殼體内的推進劑。
原理
固體火箭發動機屬于化學火箭發動機，用固态物質（能源和工質）作為推進劑。固體推進劑點燃後在燃燒室中燃燒，産生高溫高壓的燃氣，即把化學能轉化為熱能；燃氣經噴管膨脹加速，熱能轉化為動能，以極高的速度從噴管排出從而産生推力推動導彈向前飛行。
固體推進劑
固體推進劑是由氧化劑、燃料（可燃劑）和其他添加劑組成的固态混合物，按配方組分性質可分為單基推進劑、雙基推進劑、複合推進劑、改性雙基推進劑等；按質地的均勻性分為均質推進劑（如單基、雙基推進劑）和異質推進劑（如複合推進劑和改性雙基推進劑）；按能量水平分為高能、中能、低能推進劑，比沖大于2450牛·秒/千克（即250秒）為高能，2255牛·秒/千克（即230秒）到2450牛·秒/千克為中能，小于2255牛·秒/千克為低能；按特征信号分為有煙、微煙、無煙推進劑。
固體推進劑分類單基推進劑Simple Base propellant由單一化合物（如硝化纖維素，即硝化棉，簡稱NC）組成，它的分子結構中包含可燃劑和氧化劑，溶于揮發性溶劑中，經過膨潤、塑化、壓伸成型，除去溶劑即可。單基推進劑由于能量水平太低，現代固體發動機不再使用。
雙基推進劑
Double Base Propellant理論比沖為170～220秒（1660~2150牛·秒/千克），密度1.55~1.65克/立方厘米。危險等級1.3級。雙基推進劑主要由硝化纖維素、硝化甘油（NG）和一些添加劑組成，兩種主要成分的分子結構中都含有可燃劑和氧化劑。
硝化纖維部分溶于硝化甘油，加入揮發性或不揮發溶劑及其它添加劑，經溶解塑化，成為均相物體，使用壓伸成型（或稱擠壓成型）工藝即可制成不同形狀藥柱。雙基推進劑的優點是藥柱質地均勻，結構均勻，再現性好；良好的燃燒性能，燃燒速度壓力很小；工藝性能好；具有低特征信号，排氣少煙或無煙；常溫下有較好的安定性、力學性能和抗老化性能；原料來源廣泛，經濟性好。缺點是能量水平和密度偏低，高、低溫下力學性能變差。雙基推進劑主要用于小型固體燃氣發生器。
複合推進劑
Composite Propellant理論比沖為225～265秒（2200~2600牛·秒/千克），密度1.65~1.80克/立方厘米。危險等級1.3級。複合推進劑使用單獨的可燃劑和氧化劑材料，以液态高分子聚合物粘合劑作為燃料，添加結晶狀的氧化劑固體填料和其它添加劑，融合凝固成多相物體。
為提高能量和密度還可加入一些粉末狀輕金屬材料作為可燃劑，如鋁粉（Al）。複合推進劑通常以粘合劑的化學名稱來命名。氧化劑通常占推進劑總重量的60~90%，許多無機化學品可作為氧化劑，如高氯酸鹽類（高氯酸鉀、高氯酸胺、高氯酸锂），硝酸酯類（硝酸胺、硝酸鉀、，硝酸鈉），現在使用最多的是含氧量較高的高氯酸胺（AP，又稱過氯酸胺）。高分子聚合物既用作可燃劑又作為粘合劑，常用的有聚硫橡膠、聚氨酯（PU）、聚丁二烯-丙烯腈（PBAN）、端羧基聚丁二烯(CTPB)、端羟基聚丁二烯（HTPB）、端羟基聚醚(HTPE)、聚氯乙烯等類。
其他添加劑一般有：調節燃燒速度的燃速調節劑；改善燃燒性能的燃燒穩定劑；比用基本的粘合劑更好地改善力學性能的增塑劑；降低機械感度的安定劑；改善儲存性能的防老化劑；改善工藝性能的稀釋劑、潤濕劑、固化劑和固化催化劑等類。除具有熱塑性的聚乙烯類推進劑可使用壓伸成型工藝外，一般都使用澆鑄法制造，工藝簡單，适宜于制造各種尺寸的藥柱。
複合推進劑綜合性能良好，使用溫度範圍較寬，能量較高，力學性能較好，廣泛用于各種類型的固體火箭發動機，尤其是大型火箭發動機。1942年美國研制出了瀝青高氯酸鉀複合推進劑，40年代末出現了第一代複合推進劑聚硫橡膠推進劑，現在常用的有PBAN和HTPB推進劑。
民兵3和航天飛機固體助推器采用PBAN推進劑，“和平衛士”MX的一、二級使用HTPB推進劑，法國的M4使用CTPB推進劑，我國的巨浪-1也使用了CTPB複合推進劑。改性雙基推進劑包括複合改性雙基推進劑（CMDB）和交聯改性雙基推進劑（簡稱XLDB）兩類。理論比沖為260～270秒（2550~2646牛·秒/千克），密度1.75~1.80克/立方厘米。危險等級1.1級。在雙基推進劑的基礎上大幅降低基本組分硝化纖維素和硝化甘油的比例，加入高能量固體組分，包括氧化劑（高氯酸胺AP，高能炸藥黑索金[RDX]或奧克托金[HMX]等）和可燃劑（鋁粉等）。
硝化纖維素（含氮量12%左右）被硝化甘油塑化作為粘合劑，或是硝化纖維素和硝化甘油雙基母體作粘合劑，硝化甘油還作為增塑劑，再加入一些添加劑，混合後使用壓伸成型或澆鑄成型工藝制成藥柱，這就是複合改性雙基推進劑（CMDB）。
在CMDB配方基礎上加入高分子化合物作為交聯劑，它内含的活性基團與硝化纖維素上殘留(未酯化)的羟基發生化學反應生成預聚物，預聚物的大分子主鍊間生成化學鍵，交聯成網狀結構，預聚物作為粘合劑可以大幅改善推進劑的力學性能，這類推進劑就被稱為交聯改性雙基推進劑（XLDB）。
主要交聯劑有異氰酸酯（如六亞甲基二異氰酸酯HDI、甲苯二異氰酸酯TDI）、聚酯（如聚乙交酯PGA）、聚氨酯（如聚乙二醇PEG）、端羟基聚丁二烯、丙烯酸酯等。改性雙基推進劑的能量水平高于複合推進劑，廣泛用于各種戰略、戰術導彈。美國的“三叉戟C4”潛射戰略導彈的所有三級發動機都使用了XLDB推進劑，稱為XLDB-70，它的配方中固體填料達到70%（其中43%HMX/8%AP/19%Al），理論比沖2646牛·秒/千克。
我國固體火箭發動機發展
啟航：闖出固體動力一番天地
1966年6月6日，按照“調整一線，建設三線”重大決策，七機部批準四院7416工程代号，組建藍田基地十六号工程籌建處，7416廠由此正式誕生。7416廠創業者們，開始了固體火箭發動機自主創新發展之路。
從1966年第一批選點隊員來組建“063工程”第二籌建處，到1974年5月小型發動機裝藥線的建成，7416廠曆經8年時間的建設，使新中國第一座規模最大的固體火箭發動機裝藥總裝廠，在群山掩映下，巍然矗立起來。
随後，關于7416廠建設好消息紛至沓來：1984年春，7416廠建廠以來首次承擔的國家重點型号任務遠地點發動機，成功将我國東方紅二号通信衛星送入預定軌道。作為承擔衛星遠地點發動機研制生産單位，7416廠榮獲陝西省科學大會成果獎，該發動機獲得國家質量金獎殊榮。
在曆次閱兵中，7416廠參與研制生産的型号産品盛裝亮相，再次向世界展示了維護國家主權與領土完整的決心和實力……7416廠事業發展突飛猛進，凝聚起高質量發展的強大動力，這不僅得益于一群為固體動力事業默默耕耘和奉獻的“孺子牛”“拓荒牛”“老黃牛”，更得益于社會各級對7416廠的全力支持。
創新：在不斷超越中奮力前行
面對國家安全需求的新變化，既要敢于亮劍，也要重視鑄劍。7416廠聚焦主責主業，從零開始到第一次跨越用了30年，到第二次跨越用了12年，到第三次跨越用了不到4年的時間，而第四次跨越僅用了10個月時間。跨越的背後，是該廠連續多年深入推進高效科研生産新體系建設取得的紮實成效，科研生産的效率、效能、自動化水平和安全質量保證能力也都得到大幅提升。
2005年，7416廠完成了三線調遷，在西安近郊建成了我國規模最大的裝藥總裝生産廠區。新生産線不僅在工藝上了一個新台階，還研制出一批具有突出技術進步點的裝藥專用設備，引進一批具有國際先進水平的高、新、精、尖儀器設備，形成立式化、連續化、機械化和數控化生産線，使研制水平、批生産能力全面提升，體現了國内同行業先進水平，滿足了航天戰略發展需要，也為工廠建立可持續發展平台。
2020年11月2日，國内最大的整體式固體火箭發動機在7416廠新的生産工房完成裝藥，與之匹配的是國内最大的固體推進劑澆注系統。兩個“國内最大”的疊加并非偶然，是不斷在刷新自我中奮力前行，是55年來始終堅持走自主創新之路。特别是“十三五”以來，加大自主研發投入力度，重大創新項目競相湧現，在一些前沿領域進入并跑、領跑階段，實現了大型固體運載分段發動機精準對接、精确控制、精細絕熱等專業技術，參與研制國内最大的分段式固體火箭發動機試車成功，極大提升了固體火箭發動機裝藥總裝工藝技術水平。
一項項獨立自主設計，都代表着固體動力裝藥行業的先進水平，體現出了“創新與制造”的獨特力量。通過堅持問題導向、攻堅克難，攻關多項重大瓶頸工藝技術，工藝保障能力顯著提升。以型号研制生産任務為背景，承擔并完成了7項集團公司重大、共性工藝研究項目，解決型号研制關鍵重大工藝瓶頸，為工廠跨越式增長夯實技術基礎。
55年來，7416廠先後獲得技術專利334項，獲得國家和省部級科技成果獎百餘項，“高能裝藥線新工藝技術研究及實踐”獲2010年度國家科學技術進步二等獎，累計獲得國家和省部級科技進步獎百餘項。
改革：全力推動産業高質量發展
在55年的發展曆程中，7416廠緊跟國企改革的步伐，在提質增效中激流勇進。不斷壯大主營主業項目，探索實踐事業部管理模式運行管理機制。比如聚焦核心優勢領域，集中優勢資源，推動精細化工、高性能薄膜材料和固體推進劑綜合應用等主導産業領域，實現窗膜項目、高性能撓性覆銅闆項目等主營業務闆塊規模和效益同步跨越。目前，高性能窗膜材料已成為其航天技術應用産業的一張名片，讓山由窗膜“飛入尋常百姓家”。
這些年，7416廠航天技術應用産業獲得一個個“國字号”榮譽：中國行業十大誠信品牌、中國十大玻璃窗膜、中國防爆膜十大品牌、國際窗膜協會全球第九家制造商會員……并通過加速新舊動能轉化，全力推動産業高質量發展。
