固体火箭发动机和固体推进剂的燃烧研究

本文系作者参加一九八三年六月廿七日至廿九日于美国西雅图召开的AIAA/SAE/ASME第十九届联合推进会议期间所了解到的有关固体火箭发动机和固体推进剂燃烧研究方面的情况。文章重点介绍了:一、不稳定燃烧研究;二、硝胺推进剂的燃烧;三、含铝推进剂的燃烧;四、固体推进剂燃速特性的研究。 近年来,美国为了适应固体火箭发动机研制的需要,通过它的研究机构和大学的研究实验室,继续不断地开展了不少燃烧和点火方面的研究。在这次联合推进会议上,固体火箭发动机和固体推进剂方面的文章有四十多篇,涉及到固体动力装置的各个方面。其中燃烧方面已经发表的文章有十多篇,反映了美国在这方面的研究动向。通过这次会议和会后参观乔冶亚理工学院空间工程系的实验室、斯坦福大学张以棣教授的实验研究工作,以及与宾西法尼亚州立大学Kuo K、K、教授座谈等活动,对美国在这方面的一部分情况有了一个粗浅的了解。现简要叙述如下。     

自燃推进剂火箭发动机燃烧不稳定性研究

发展了自燃推进剂（ＭＭＨ／ＮＴＯ）火箭发动机燃烧不稳定性的综合分析模型。以蒸发作为燃烧速率控制过程,研究了燃烧不稳定性的机理,提出了轴向声腔模型并对其抑制不稳定燃烧的特性进行了数值模拟研究,得到了声槽特性频率驿燃烧不稳定性的影响规律,描绘出声腔影响燃烧不稳定性的具体场景,数值模拟结果与理论分析及试车结果是相符的,对轴向声槽的分析设计将具有广泛的指导意义。     

含缺陷固体装药燃烧异常实验分析

利用高速实时Ｘ射线荧屏分析技术,对固体火箭发动机装药经常出现的主要缺陷导致的异常燃烧现象进行研究,提出了含不同类型缺陷装药结构破坏的条件和模式,描述了推进剂裂纹、气孔和脱粘槽穴内的点火、燃烧和结构变形现象,分析了双基、丁羟、ＮＥＰＥ推进剂裂纹进一步扩展趋势和临界条件,为评估固体发动机含缺陷装药燃烧安全性提供了实验依据和分析方法。     

固体火箭发动机瞬态燃烧过程——熄火特性与实验

作者利用自制实验设备对固体推进剂进行快速降压熄火实验研究.其方法简单易行,对双基推进剂取得较满意结果.复合固体推进剂的燃烧温度较高,实验设备需加以改装,加大dp/dt变化范围.这样可以找出不同推进剂的瞬态熄火特性,供发动机设计参数.     

端面燃烧药柱的燃速增大特性

本文综述了近年来国外研究端面燃烧固体火箭发动机中药柱的燃速增大特性所取得的最新成果.在一些端面燃烧装药的固体火箭发动机中,平面的燃烧端面往在演变成锥形燃烧面.实验表明:产生这种现象的主要原因是推进剂中可移动组分的迁移,细颗粒在界面高度集中,以及推进剂的应变造成的.文中还介绍了控制燃速增大,避免在燃烧过程中出现瞬态锥面的各种方法及其实验结果.     

端面燃烧固体火箭发动机的爆炸问题研究

本文论述了端面燃烧固体火箭发动机的爆炸问题,总结和分析了端面燃烧固体火箭发动机产生爆炸的重要原因.实验表明:在选择端面燃烧装药的初始增面率时,采用木制假药柱和推进剂短药柱构成的装药会给实验结果带来很大的偏差,导致选出不合适的初始增面率,把它应用在相同尺寸的固体推进剂端面燃烧药柱中时,将会引起发动机产生爆炸.     

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.     

固体火箭发动机HTPB推进剂燃速性能老化研究

为研究某型固体火箭发动机高燃速端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂在全寿命期内的燃烧性能——燃速,通过高温加速老化实验和活化能理论推测出发动机推进剂在常温25℃下和高温70℃下的老化速度;由此,通过高温70℃的加速老化实验来获得不同贮存期的发动机推进剂试验样本;通过推进剂燃烧实验,测试了不同贮存期的推进剂的燃速,结果表明,随着发动机贮存时间的延长,HTPB推进剂燃速逐渐降低。     

固体火箭发动机药柱裂纹燃烧的实验研究

推进剂燃烧;;火焰传播;;固体火箭发动机     

复合固体推进剂危险性分析

一、引言 复合固体推进剂不单是一种能按一定规律燃烧的物质,而且潜在着爆炸或爆轰危险性,特别是高能复合推进剂,硝胺推进剂和改性双基推进剂的危险性就更大了。因为,就其化学本质来说,固体推进剂与炸药本质上很难区别,它的能量密度和反应热可与常规高效炸药相匹敌,甚至更高。因此,关于复合固体推进剂及其发动机的偶然性爆炸或爆轰问题,引起了人们的关注。     

用于燃气流量可调固冲发动机的贫氧推进剂

在分析了固体火箭冲压发动机的高度特性、壅塞式和非壅塞式固体火箭冲压发动机性能调节特性的基础上, 提出了燃气流量可以调节的燃气发生器, 尤其是非壅塞式固体火箭冲压发动机对贫氧推进剂的特殊要求。分析结果表明： 非壅塞式固体火箭冲压发动机要求贫氧推进剂具有高的燃速压强指数、低的可燃极限和足够好的燃烧稳定性。探讨了贫氧推进剂性能调节的途径。     

进气道位置对含硼推进剂固体火箭冲压发动机性能的影响

为了提高含硼推进剂固体火箭冲压发动机内硼颗粒的燃烧效率,采用颗粒轨道模型进行了补燃室两相流的数值模拟,其中硼颗粒的点火和燃烧模型采用的是King模型,建立了发动机补然室内简单反应流模型,并在该模型下研究了进气道的位置对非壅塞固体火箭冲压发动机燃烧效率的影响,在此基础上进行直连式试验研究。结果表明:随着前后进气道之间轴向距离增加,燃烧效率先增加后减小,并且试验重复性比较好;前进气道后置长度增加,燃烧效率减小。     

高能固体推进剂燃烧转爆轰（DDT）研究综述

以固体火箭发动机装药安全性为背景，从高能固体推进剂的燃烧转爆轰（简称ＤＤＴ）危险性、燃烧转爆轰机理和燃烧转爆轰的模拟三方面对该问题的研究工作进行了综述，重点讨论了ＤＤＴ过程中起关键作用的动态压缩现象、压缩燃烧和热点形成机理，以及ＤＤＴ建模中的本构关系和封闭问题，指出了今后进一步研究的方向。     

高能推进剂燃烧效率研究和实测比冲预估

采用燃烧残渣中活性铝含量分析、真空爆热和发动机试验等方法，研究了高能推进剂中主要组分对推进剂燃烧效率的影响。研究结果表明：增塑剂的种类和含量是影响效率的主要因素，AP的含量及固体组分的粒度级配也有明显影响；BSF－φ315发动机试车结果证明高能推进剂的的实测比冲效率大于0．94。采用软件计算发动机的实测比中，可预估高能推进剂配方在不同压强及燃速条件下标准试验发动机（BSF－φ165和BSF－φ315）试车的实测比冲值。     

固体推进剂中铝颗粒结团过程研究进展

推进剂燃烧环境中金属颗粒的结团现象对固体火箭发动机性能有重大影响.本文对双基推进剂结团的表面反应层模型及复合推进剂结团的口袋模型进行了述评.鉴于实验中发现的某些燃速和压强效应的异常,本文还对新近提出的亚口袋机理和口袋间机理进行了述评.     

聚硫推进剂燃烧条件下裂纹扩展过程的研究

研究了影响聚硫推进剂试件内裂纹扩展的各种因素。对含裂纹的推进剂试件进行了大量的燃烧试验,其燃烧过程用Ｘ射线实时成像系统进行了记录;并用粘弹性有限元方法计算了试件在燃烧过程中的应力应变状态,利用Ｊ积分法对裂纹扩展的可能性进行了预估。理论分析和试验结果均表明：燃烧室增压速率、裂纹尺寸、边界条件等因素对裂纹的扩展均有较强的影响。该研究结果对制定固体火箭发动机装药失效判据有一定的参考价值。     

含金属固体推进剂在加速度场中燃烧时瞬态燃烧特性的预示

本文综述了含金属固体推进剂在加速度场中燃烧时瞬态燃烧领域的一些主要研究成果,指出了其中存在的某些阴显的不妥之处,如:金属颗粒的尺寸分布,金属球团变形参数与变形模量的关系.本文在综合有关模型的基础上,提出了含金属推进剂在加速度场中燃烧的计算方程组,并求解确定了其瞬态燃烧特性,所得结果比较满意,可供发动机设计和推进剂配方设计时参考.     

海防导弹用固体火箭发动机对推进剂的特殊要求

针对海防导弹的存放、使用环境和作战条件,论述了助推和巡航用固体火箭发动机对推进剂的燃速、燃速压力指数、燃烧产物的烟雾,以及综合考虑能量水平与热防护的推进剂配方等方面的特殊要求。     

导弹飞行时固体火箭发动机内弹道异常现象分析

叙述了某地空导弹在训练打靶中的一些飞行异常现象。对服役多年固体火箭发机的内弹道异常，从双基推进剂装药老化、喷喉截面调节、装药碎块喷射以及裂纹燃烧等方面进行了分析。对服役期的双基推进剂固体火箭发动机的使用维护和作战训练有一定参考价值。     

固体火箭发动机烟雾测量的不确定度分析

通过实验的方法，研究了固体推进剂配方组成、发动机工作压力、环境的温湿度变化对推进剂燃烧产生的烟雾的影响，对烟雾的测试结果进行不确定度分析。