新一代高能固体推进剂的能量分析

根据最小自由能方法,计算分析了叠氮基含能预聚物和高能高密度氧化剂对AP/R-DX/Al/HTPB复合固体推进剂能量特性的影响。GAP、AMMO和BAMO的氮平衡值优于HTP-B,含有叠氮基含能预聚物的复合固体推进剂,其标准理论比冲(I°ss)出现最大值时所对应的RDX含量相应地升高。无论是HTPB,还是GAP、AMMO和BAMO,标准理论比冲和燃温(T_c)在Al含量为18％时都有极大值出现,燃气平均分子量(M(则随着Al含量的增加而增加。减少GAP配方中的AP含量,代之以硝酸酯增塑剂,可显著提高I°ss,与RDX相比,采用高能高密度氧化剂HMX,HHTD和ONC的复合推进剂的最大优势是密度的提高,从而显著地改善了密度比冲。与NEPE高能固体推进剂相比,GAP推进剂在相同的粘合剂体积分数下,标准理论比冲可提高24.5～34.3N·s/kg。而在相同能量特性的情况下,推进剂的粘合剂的体积分数可提高50～65％。因此,叠氮基含能预聚物和高能高密度氧化剂的使用,将代替下一代高能固体推进剂的发展方向。     

硼镁高能贫氧推进剂的能量分析

对硼镁高能贫氧推进剂的能量特性进行了系统的理论分析研究,并探讨了高能组分对该类贫氧推进剂能量性能的影响。研究结果表明,在硼镁高能贫氧推进剂中减少镁粉含量（或增加硼粉含量）,贫氧推进剂的比冲升高。在一定范围内,增加混气比有助于提高固体火箭冲压发动机的比冲。硼镁贫氧推进剂中采用ＣＬ－２０等高能组分可以显著提高其能量。而采用叠氮类含能粘合剂取代惰性粘合剂时,对提高贫氧推进剂的能量不利。     

超微细氧化剂对改善固体推进剂燃烧性能的作用

通过对40篇文献的分析,综述了超细、微细高氯酸铵(AP)、硝胺(RDX,HMX)对提高AP-复合推进剂、硝胺-复合推进剂及AP/硝胺复合改性双基推进剂燃烧性能所起的作用。论述了超细AP,多孔AP明显提高燃速及微细硝胺消除燃速-压力曲线拐点的作用,并以数据图表说明了超细,微细AP、硝胺推进剂在高效燃速催化剂、聚叠氮含能粘合剂等有利条件的协同作用下获得很高燃速和比冲的事例。     

燃烧室结构对固液火箭发动机燃速和性能的影响

对不同燃烧室结构固液火箭发动机进行了二维轴对称一体化数值计算,计算结果表明:燃速随前燃室的增长而增大,增幅越来越小,特征速度和真空比冲随前燃室的增长先增大后趋于平稳.后燃室的长度对燃速没有影响,特征速度和真空比冲随后燃室的增长而增大.相同氧化剂质量流率下,药柱长径比不影响燃速沿轴向分布,平均燃速随药柱长径比的增大而增大,增幅越来越小,最终趋于平稳,特征速度随药柱长径比的增大先增大再减小,在长径比为10.0附近达到最大值.相同理论氧燃比下,燃速随长径比的增大而增大,但不影响燃速的分布趋势;燃烧效率随着长径比的增大先减小再增大;实际氧燃比随长径比的增大而逐渐减小,且变化趋势逐渐缓慢.      

半开式富氧补燃混合循环发动机方案研究

针对未来航天主发动机的应用需求,提出了一种燃料供应系统采用开式循环、氧化剂供应系统采用分级燃烧闭式循环的半开式富氧补燃混合循环发动机系统方案,综合分析了这种新型混合循环发动机所能达到的比冲性能,对比分析了新型混合循环发动机作为可重复使用航天运载器主发动机相比于开式循环和常规补燃循环、全流量补燃循环发动机的优缺点,针对推力为100t级的液氧煤油混合发动机的系统进行计算和分析。结果表明,新型混合循环发动机在主燃烧室压力26.5MPa下,海平面比冲可以达到303s,可以以较小的比冲性能损失为代价,实现涡轮泵介质相容、有效提高发动机设计裕度。     

高能量密度液体燃料的火箭发动机燃烧性能研究

为进一步提升火箭发动机的燃烧性能,采用模型火箭发动机研究了四种高能量密度液体燃料及一种添加纳米铝颗粒的纳米流体燃料的燃烧性能,分析几种燃料的燃烧效率、比冲、点火延迟时间等燃烧特性,以及纳米颗粒的燃烧产物。结果表明,在氧燃比为1.6～2.0的工况范围内,液体燃料的燃烧效率和质量比冲顺序为QC(四环庚烷)HD-01HD-03≈LGHD-03,密度比冲顺序为QC HD-03≈LGHD-03HD-01。QC燃料因其特殊的张力分子结构具备较高的密度、热值和化学活性,燃烧效率可达91.5%,质量比冲和密度比冲分别为230s和2276N·s/m3。向四环庚烷中添加15wt%纳米铝颗粒后,燃烧效率和质量比冲略有下降,但密度比冲可提高到2340N·s/m3,点火延迟时间较四环庚烷可缩短26ms,燃烧固体产物为碳,氧化铝和铝,纳米铝的燃烧效率约为91%。添加纳米铝颗粒的四环庚烷燃料是一种有潜力的新型液体高密度燃料。     

采用N_2O与含金属HTPB燃料固液火箭发动机燃速试验研究(英文)

为了研究含金属固体燃料固液火箭发动机的燃速及发动机的工作特征,采用N2O氧化剂与含Al,Mg和C的HTPB基固体燃料的固液发动机进行试验研究与分析,试验在3种尺寸药柱、多种氧化剂流量下进行,获得发动机的燃速、燃烧室压强及燃烧效率等参数。为分析辐射换热对燃速的影响,把燃速分成两部分并提出相应的分析式:一部分由对流换热控制的燃速,由通过药柱通道的总质量流率来衡量;另一部分由辐射换热控制,通过燃烧产物中凝相组分对固体燃料壁面的辐射换热量决定。对试验结果进行分析发现,除富氧的情况外,热辐射控制的燃速约占总燃速的30%~60%,辐射控制燃速与对流控制燃速的比例趋势与燃烧产物中凝相组分的质量分数随氧燃比的变化规律相似。同时,试验结果显示,试验燃速总体上随着固体药柱通道中氧化剂质量流率的增加而增大。发动机的燃烧效率绝大多数位于80%~97%的范围,在化学当量比附近和富氧范围内,随着燃烧温度的降低而降低,效率曲线与理论绝热燃烧温度值的平方相似。     

增塑剂及燃烧催化剂对BAMO-THF复合推进剂性能的影响

采用混合硝酸酯(NG+DEGDN)和2,2-二硝基丙醇缩甲醛与2,2-二硝基丙醇缩乙醛混合物(A3)研究了增塑剂对3,3-二叠氮甲基氧丁环-四氮呋喃共聚醚(BAMO-THF)复合推进剂燃速、力学性能的影响。结果表明NG+DEGDN增塑的推进剂燃速和力学性能均优于A3。另外,研究了一种有机过渡金属燃速催化剂(代号OME)对BAMO-THF复合推进剂性能的影响。在显著提高BAMO-THF复合推进剂燃速同时,OME还可提高该体系力学性能。X射线光电子能谱(XPS)分析表明OME与粘结剂中叠氮基团存在作用力。     

含高能氧化剂(FBN)的推进剂能量特性计算研究

简介了1,4-二氟-1,1,4,4-四硝基丁二醇二硝酸酯[2,3](FBN)的理化性能,并根据最小自由能原理,编写了计算机程序,对含FBN复合固体推进剂进行能量特性计算,着重研究了HTPB、FBN、高氯酸铵、铝粉和奥克托今等组分含量变化对推进剂能量特性的影响,得出了一些规律,并从结果可以看出,FBN部分取代高氯酸铵后推进剂比冲可提高98N·s/kg以上,最高比冲可达2850N·s/kg。由此可见,FBN是一种较好的高能有机氧化剂,应引起有关研究单位的重视。     

含不同氧化剂的复合推进剂能量及特征信号研究

为研究含能氧化剂环三亚甲基三硝胺(RDX)、六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)、二硝酰胺铵(ADN)、硝仿肼(HNF)逐步取代高氯酸铵(AP)后复合推进剂的能量特性和特征信号性能,采用最小自由能原理对配方进行了化学平衡性能计算.结果表明:四种高能氧化剂逐步取代AP都达到了增加标准理论比冲和降低二次烟的目的,标准理论比冲增加率的峰值分别为0.85％,1.1％,3.37％及5.1％,ADN对降低特征信号二次燃烧火焰效果最好.ADN和HNF逐步取代A1后,标准理论比冲、一次烟及二次燃烧火焰都呈下降趋势,二次烟呈上涨趋势.     

整体级发动机用含硼BAMO／THF推进剂的探索研究

采用最小自由能法（ｗｈｉｔｅ法），计算研究了增塑剂与粘合剂质量比（Ｐ１、Ｐ０）、固体含量、硼含量、ＨＭＸ含量对用于整体级发动机的含硼ＢＡＭＯ／ＴＨＦ（１：１）推进剂能量的影响。实验研究制得的６５％固体含量的ＢＡＭＯ／ＴＨＦ（１：１）含硼固体推进剂的基础燃速、压强指数较低；φ６５ｍｍ发动机的试车结果表明：实验制得的６５％固体含量的含硼ＢＡＭＯ／ＴＨＦ（１：１）推进剂的比冲效率为８４．４５％。     

热塑性聚氨酯弹性体及推进剂生成焓的估算

为了解决以热塑性聚氨酯（ＴＰＵ）为粘合剂制备的新型热塑性推进剂配方能量的计算问题,以Ｖａｎ Ｋｒｅｖｅｌｅｎ和Ｃｈｅｒｍｉｎ等人的基因估算方法及数据为基础,结合高分子内聚能的概念,从理论上探索了一条估算热塑性聚氨酯生成焓的方法,得到了ＴＰＵ的生成焓与硬段含量之间的关系式,并对４５％ＴＰＵ／Ａｌ／ＡＰ复合热塑性推进剂的能量水平进行了计算。计算表明：体系组成为ＴＰＵ／ＡＰ／Ａｌ＝１４／６２／２４时,出     

Theoretical investigation on water/metal fuel ramjet motor-thermodynamic cycle and thermodynamic calculation

For achieving high-speed requirement of underwater vehicle,a conceptual engine,which utilizes the hydroreactive characteristic of several metals under supercavitation environment,has been put forward. Especially,in order to obtain specific impulse as great as possible,a dual water injection system is taken into account. Then thermodynamic cycle model,which lead the improvement of power plant and energy system,is introduced in detail,and thermal efficiency is also analyzed. Furthermore,for investigating the performance of this kind of engine system,detailed thermodynamic calculation and analysis are achieved. Especially,regarding hydroreactive metal fuel Mg/AP/HTPB as our target fuel-rich propellant,considering its obvious deficient oxygen property and the energy property of magnesium/water reaction,theoretical calculation method is established by integrating chemical non-equilibrium with chemical equilibrium. Accordingly,low limit of primary water/fuel ratio is determined. In addition,the qualitative and quantitative relationship of performance parameters,such as theoretical specific impulse,nozzle exit temperature,characteristic velocity,etc.,versus water/fuel ratio is investigated respectively.      

一种新型高能推进燃料的研究

研制高强燃烧及有强油滴燃烧“微爆炸”特性的燃料是高能燃料研究的一个重要方面.在对各种燃料广泛试验的基础上发现,双叠氮化合物具有极高燃烧率并具有产生“微爆炸”的必要条件.试验还表明,某些卤代碳氢化合物的少量添加除能保持和改善双叠氮化合物的高强燃烧特性外,还能诱发早期的极强的油滴二次破碎(“微爆炸”).例如,dC5+dI6,dC5+dBr5混合燃料的燃烧率可比普通碳氢燃料大6～7倍,强烈的油滴二次破碎可发生在油滴仅烧掉初始质量的30～40%.实际应用时,这类燃料可望用作基本燃料或燃料添加剂,在JP4中添加少量dC10或dC11可诱发明显的,强烈的“微爆炸”,并可增加燃烧率约25%.     

新型含能材料──CL－20

综述了ＣＬ－２０结构特征，合成方法及热分解性能，并对其作为固体推进剂氧化剂的能量特性进行了计算分析。结果显示ＣＬ－２０具有能量密度高，感度适中等特点，同时具有较好热稳定性和不同于ＨＭＸ的热分解特性，是一种有潜力的高能量密度材料。     

新型含能材料──CL－20

综述了ＣＬ－２０结构特征、合成方法及热分解性能，并对其作为固体推进剂氧化剂的能量特性进行了计算分析。结果显示ＣＬ－２０具有能量密度高、感度适中等特点，同时具有较好热稳定性和不同于ＨＭＸ的热分解特性，是一种有潜力的高能量密度材料。     

水冲压发动机地面直连试验技术研究

建立了垂直进水的水冲压发动机地面直连试验系统。采用垂直进水方式,消除了进水冲量对轴向推力的影响。通过在进水管路上安装汽蚀文氏管,解决了发动机试车过程中流量不稳的问题。基于含镁量50%的固体推进剂,对某型水冲压发动机进行了两组不同水燃比的地面直连试验,试验过程中采集了发动机燃烧室压强、进水流量和发动机推力等数据。对两组试验数据的燃烧效率和比冲分析表明,水燃比的适量增加,有助于发动机性能提高。该试验结果符合之前的理论预估,证明了水冲压地面直连试验技术的有效可行。     

部分填充对脉冲爆震发动机冲量的影响

1引言脉冲爆震发动机是一种很有竞争力的新型发动机[1],在过去的几年里,研究者们就部分填充对于脉冲爆震发动机性能影响问题进行了大量的理论分析、数值模拟和试验研究[2~12]。Z itoun等人[2]测量了标况下带有等截面延伸段的爆震管中乙烯/氧气混合物的单次冲量。他们用约35焦耳