GAP包覆硼对硼固体推进剂燃烧特性的影响

采用CO2激光点火装置研究了GAP包覆硼对含硼推进剂点火性能的影响，并采用扫描电镜（SEM）观察分析了燃烧残留物。结果表明，GAP包覆硼在较高的压力下能改善含硼推进剂的点火性能，而且能够改善含硼推进剂的燃烧残渣分散性。     

含硼富燃料推进剂燃烧机理研究

分析了AP包覆硼对含硼富燃料推进剂低压燃烧的影响。通过微热电偶测温和火焰单幅照相技术分别测试含硼富燃料推进剂燃烧波温度分布及燃烧火焰结构；根据气相温度变化的趋势，把该推进剂的气相区燃烧又分为三个子区，并给出了三个子区的厚度，分析了各区温度变化趋势不同的原因。用扫描电镜对熄火表面形貌进行观察，并通过能谱仪进行局部元素分析；该推进剂中断燃烧熄火纵向剖面的实验表明，该推进剂的燃烧表面存在“沉积层”；分析认为该“沉积层”由硼、积炭和少量的三氧化二硼组成，且基本惰性。燃面上“沉积层”的厚度与温度分布曲线中燃面上气相区的厚度基本一致，认为该推进剂的气相反应在燃面上的惰性“沉积层”中进行。     

高金属含量水冲压发动机点火过程多相耦合计算

为准确模拟高金属含量水冲压发动机点火过程的流场特征及燃面温度变化,基于N-S方程,将高金属含量燃料和点火药向气相流场的质量、动量和能量输运转化为对应守恒量控制方程在近燃面第一层网格和点火药包覆盖区域网格的源项,将脱离燃面的熔融镁近似为燃烧室入口释放的镁液滴,实现了含镁质量百分数为73%的水冲压发动机燃料燃烧/点火药燃烧/发动机内流场的多相湍流燃烧的耦合计算,并对比分析了黑火药和硼/硝酸钾点火药对燃料燃烧影响。结果表明:40g黑火药点火和0.5kg/s的进水量下,燃料平衡燃面温度约为943K,可实现可靠点火与稳态燃烧。相同质量的硼/硝酸钾点火药与黑火药相比,可实现较高的平衡燃烧温度,但需较长的平衡建立时间。     

Al基含能微单元的一体化制备和燃烧性能

针对固体推进剂所面临的Al粉燃烧不充分和微纳尺度下组分偏聚两大关键问题，采用组分复合技术设计制备一种将氧化剂AP包覆在氟化物改性Al粉表面的含能微单元Al@PFPE@AP核壳型粉体，通过扫描电子显微镜、激光粒度仪、氧弹量热仪、电感耦合等离子发射光谱仪以及X射线衍射仪等对微单元粉体的形貌、粒径、燃烧性能以及燃烧产物进行分析。结果表明：含能微单元Al@PFPE@AP呈现明显的核壳结构，粒径较均一；当PFPE的添加量为5%（质量分数）时，相比于机械混合样品（AP+Al）,Al@5%PFPE@AP的燃烧热值提高了63.8%，燃烧产物粒径减小了61.8%，燃烧产物中活性铝含量减少57%以上；PFPE可以与Al粉发生预点火反应，增加Al粉的反应活性，并且Al粉表面对AP分解有催化作用，使AP的高温分解温度和低温分解温度分别降低了12℃和10℃；核壳型微单元结构对体系燃烧性能的提升有明显的促进作用，能够大幅度提高推进剂主要组分燃烧时的能量水平。     

固体火箭超燃冲压发动机点火燃烧过程实验研究

为解决硼基贫氧燃料固体火箭超燃冲压发动机补燃室内硼颗粒超声速点火燃烧难题，设计制造了在超声速燃气射流掺混区域开设观察窗的点火燃烧过程试验样机，开展了含硼贫氧固体燃料的超声速点火试验。试验模拟了26 km,Ma5.9的飞行工况并通过高速摄像获得了点火燃烧过程的火焰形态。试验结果表明：掺混增强装置可以显著改善补燃室内存在的分层流动和一次燃气气固两相分离的现象，为硼颗粒提供良好的点火条件从而提升其附近硼颗粒的点火燃烧性能。通过合理设计掺混增强装置位置，将硼颗粒在一次燃气喷注口附近的高温点火区点燃比在补燃室中段点燃具有更高的燃烧效率，本文设计的燃烧组织结构在试验中实现了硼贫氧固体燃料0.812的燃烧效率。     

双溶剂法硼包覆工艺及其工艺参数研究

针对重结晶法硼包覆工艺的不足,采用了双溶剂法对硼颗粒进行包覆.应用pH法对包覆效果进行验证.设计正交实验研究了超声波混合时间、蒸发温度和搅拌速度这三种因素对双溶剂法包覆效果的影响.试验结果表明:双溶剂法的包覆效果要优于重结晶法;超声波混合时间的最优水平为10min,使用超声波混合可以有效地提高双溶剂法包覆效果;蒸发温度的最优水平为350℃,提高蒸发温度有利于促进包覆效果,但温度越高时,提高温度对包覆效果的促进作用将减弱;搅拌速度的最优水平为200r/min,一定的搅拌速度可以维持硼在溶液中的均匀分散,有利于硼颗粒的包覆,但搅拌速度过快又会使已经包覆在硼颗粒表面的LiF在剪切力的作用下重新从硼表面脱落,降低了包覆效果.     

纳米铝粉和镍粉对复合推进剂燃烧性能的影响

对铝含量较低的AP复合推进剂燃速进行测试，外加2％的n-Ni或4/1的n-Al/g-Al级配均可提高低压下燃速和降低燃速压强指数，改善推进剂的燃烧性能，而采用1/1的n-Al/g-Al级配则降低推进剂的燃烧性能。通过对推进剂样品的能量特性、火焰结构、燃烧残渣的观测以及热分析(TG和DTA实验)，n-Al与n-Ni在燃烧中有不同于g-Al的行为。具有较低的点火阈值和较短的燃烧时间，同时n—Al倾向于单颗粒燃烧，有别于g-Al的凝聚燃烧行为；n-Ni则催化了复合推进剂中主要组分AP的热分解，多种因素共同作用促进了推进剂的燃烧。     

包覆及团聚硼对富燃料推进剂燃烧性能的影响

研究了硼粉表面包覆材料的种类和含量及团聚硼的含量对富燃料推进剂燃烧性能的影响。结果表明,团聚硼有利于提高推进剂的燃速与燃速压强指数;包覆材料AP的含量对推进剂燃烧性能的影响较为复杂,低含量有利于提高推进剂的低压燃速,但对燃速压强指数不利,高含量有利于提高推进剂的燃速压强指数,但对低压燃速不利;包覆材料L iF有利于提高推进剂的低压燃速,但过高的含量降低了推进剂的燃速压强指数。     

包覆硼粒子提高硼的燃烧效率

在提高硼燃料燃烧效率方面，包覆硼粒子是有效的途径之一。本文介绍了用金属钛和碳化硼包覆硼燃料的两种工艺，介绍了含有不同包覆涂层的硼粒子影响冲压火箭推进剂燃烧性能的研究情况。     

含硼推进剂一次燃烧固相产物氧化反应特性

对硼基推进剂一次燃烧固相产物进行研究,是获得硼基推进剂二次燃烧氧化特性的重要手段。为比较在硼基推进剂初始配方中添加KClO_4和CL-20两种含氧添加剂对其二次燃烧氧化特性的影响,通过场发射扫描电镜、常压热分析系统和自主研发的激光点火试验系统对硼基推进剂一次燃烧固相产物样品进行了试验研究。结果表明,样品的热氧化过程主要包含三次失重过程和一次增重过程。先后经历了H_3BO_3分解析出的水分蒸发、NH_4Cl分解、C和B_mC_n氧化、B的氧化过程。在硼基推进剂初始配方中使用CL-20代替KClO_4,可使样品的放热量由7.62kJ/g提升到8.33kJ/g。样品的激光点火燃烧过程中可以观察到B,C两种元素的特征光谱。添加了KClO_4的样品中还能观察到KCl的特征光谱。在硼基推进剂中添加CL-20比添加KClO_4更有利于其一次燃烧固相产物的点火和自持燃烧,可使其二次燃烧的平均燃烧温度由1512°C提升到1633°C。     

KP对硼富燃料推进剂燃烧性能的影响

用差杀扫描量热（DSC）和热重分析法（TGA）,研究了含KP的硼富燃料推进剂的热分解特性,并测量了推进剂燃速。实验结果表明,KP有助于含硼推进剂的点火是因为钾盐的存在,增加了硼的反应活性,使热分解低温段的放热量显著增加。     

含铜有机络合物在丁羟推进剂中的作用过程初步探索

通过常压热重法、高压差热分析、夹心件中断熄火燃烧实验及SEM观察和XPS分析等多种实验观测手段,初步研究了一种能有效地降低HTPB/AP复合推进剂压强指数的含铜有机络合物(TP)的作用过程。研究表明,TP通过促进氧化剂AP的高温分解过程促进推进剂的燃速;TP的作用效果与这种化合物的耐热性和燃烧过程中各种产物的性质有关。对典型催化剂TP的研究结果为筛选燃速催化剂和进一步研究燃速催化机理提供了分析的依据。     

单元推进剂液滴组着火过程的实验研究

利用挂滴装置和高速摄影系统研究HAN基液体推进剂LP－1846液滴组的着火过程,观察了液滴间相互作用对着火过程的影响,定量测试液滴组平均着火延迟期、着火温度与环境温度和液滴中心间距的关系,并对实验现象进行了讨论。研究结果对抑制液体发射药火炮压力振荡和控制燃烧稳定性有一定的指导意义。     

硼颗粒聚团着火过程研究

针对含硼推进剂固体火箭冲压发动机内硼颗粒聚团的着火过程开展了系统研究,考虑硼颗粒聚团内部气相扩散及颗粒聚团与周围环境的传热传质过程,建立了一维硼颗粒聚团着火模型,详细分析了环境总压、环境气体温度、氧气摩尔分数、聚团半径、聚团孔隙率以及硼颗粒粒径对硼颗粒聚团的着火温度和着火延迟时间的影响规律。结果表明:硼颗粒聚团能够在比单颗粒硼着火温度更低的环境温度下实现着火,且着火温度随聚团半径、氧气摩尔分数的增加而降低,随环境总压、聚团孔隙率以及硼颗粒粒径的增加而增大;硼颗粒聚团着火延迟时间随环境气体温度、氧气摩尔分数和颗粒聚团孔隙率的增加而减小,随硼颗粒粒径的增加而增大。在较高的环境总压下,硼颗粒聚团的着火延迟时间随环境总压增加而增大。     

不同电极材料下ADN基液体推进剂电点火特性的实验研究

目前二硝酰胺铵(ADN)基液体推进剂在工程应用中均采用催化点火燃烧方式,而电点火可以避开催化剂高温失活、冷启动等问题。为了研究ADN基液体推进剂的电点火特性,在密封装置中开展了不同电极材料下推进剂液滴电点火实验,并研究了180V～230V电压范围内液滴着火延迟时间、着火持续时间以及燃烧过程的变化规律。结果表明:ADN基液体推进剂能够通过电阻加热点火方式点燃。采用钨丝电极时,着火延迟时间、着火持续时间和反应总时间均随着电压增加逐渐减小,在230V电压时相对于180V时分别减小了25%,56%和38%。采用钼丝电极时,着火延迟时间在180V～200V范围随着电压增加逐渐降低,在200V～230V电压范围内基本不变;着火持续时间总体上随着电压的增加而呈现略微增加的趋势,但增加幅度较小;反应总时间在180V～230V电压范围内基本稳定在1.5s左右。     

硼用作推进剂燃料组分的研究

硼是高性能吸气式的固体火箭冲压发动机和冲压发动机瞩目追求的燃料,80年代常规固体火箭动力方面对硼燃料也表现了浓厚的兴趣.本文一般介绍了国内外有关硼粉用作推进剂燃料组分的研究,指出了在推进剂中使用硼作主燃组分,必须解决工业硼粉与推进剂粘合体系的相容性问题、推进剂配方的工艺性问题及硼的燃烧效率问题.而把燃烧效率能提到实用允许的限度,不仅需要对推进剂配方的周密设计,并且更重要的,还需对发动机的合理组织燃烧、优化燃烧参数等做精心的设计.     

Numerical study of intrachamber processes dynamics at nozzleless solid propellant rocket engine actuation

The results of the comprehensive numerical analysis for dynamics of intrachamber processes that appear at nozzleless solid propellant rocket engine (SPRE) actuation are presented. A complete cycle of rocket engine operation is analyzed. We solve a conjugate problem involving the igniter actuation; heating, ignition and following combustion of a solid propellant charge; a combustion product flow in the combustion chamber; depressurization of the combustion chamber, and the subsequent motion of the rocket engine blank; variation of the combustion surface geometry at the expense of the gradual and nonuniform burnout of solid propellant web.