固体火箭发动机作为航天领域的核心动力装置，其外壳的性能至关重要。在发动机工作过程中，外壳需承受高温、高压的严峻考验，因此，具备足够的强度、刚度以及轻量化结构质量，始终是外壳设计的核心追求。随着科技的日新月异，高比强度、比模量的纤维缠绕复合材料逐渐崭露头角，为固体火箭发动机外壳的性能提升带来了质的飞跃。
空空导弹，以其直径小、速度高、机动性强等特点，对发动机性能提出了更高要求。其发动机长细比大、工作压强高，使得传统材料难以满足需求。而碳纤维复合材料，凭借其卓越的力学性能和轻量化特点，逐渐成为空空导弹固体火箭发动机外壳的理想选择。
以某空空导弹固体火箭发动机为例，其原设计采用超高强度钢制成，爆破压强高达28MPa，材料抗拉强度1760MPa，壁厚1.65mm。然而，当采用碳纤维代替超高强度钢进行壳体设计，并选用环氧树脂作为基体时，计算结果显示，碳纤维/环氧壳体的质量比钢壳体减轻了50.5%，容积系数增加了100%。这一显著提升，无疑为发动机性能的优化提供了有力支撑。
尽管复合材料壳体在性能上具有诸多优势，但其应用也面临诸多挑战。首先，复合材料壳体并非均匀致密，且环氧树脂耐热性较差，这要求在整个壳体内表面设置热防护层，以保证壳体的气密性和结构强度。然而，这一设计会导致内孔燃烧药型发动机损失装药量。
其次，空空导弹在高速飞行时，存在气动加热问题，造成弹体表面温度升高，影响壳体性能。因此，必须进行壳体外绝热层设计。若导弹外径不允许增大，则必须减小装药外径，同样导致装药量减少。内外绝热层的设计，无疑都会造成装药量减小、总冲降低，进而影响发动机性能。
面对这些挑战，科研人员正不断探索新的解决方案，如优化复合材料配方、提高热防护层性能等，以期在保持复合材料壳体优势的同时，克服其应用中的难题。
