考虑两相表面反应的二硝酰胺铵点火研究

为了研究固体推进剂二硝酰胺铵(ammonium dinitramide,ADN)点火过程中物理化学变化,建立了1个考虑两相(固相和气相)表面化学反应的点火模型。该模型基于固相与气相的质量守恒方程、组元连续方程、能量守恒方程及有限速率化学动力学方程而建立,并引入多组元系统状态方程封闭方程组。模型中包含35种组元,2个固相ADN总分解反应和166个气相细节(基元)化学反应,并使用温度函数表示物性参数进行计算。应用该点火模型对0.1 MPa下ADN在不同初始温度下点火延迟时间进行预测,计算结果与试验数据较吻合,说明该点火模型较准确地描述了ADN点火过程;计算表明,ADN点火延迟时间随初始温度升高而急剧缩短,且初始温度高于600 K时,温度存在一个短时间的降低过程;计算得到ADN完全燃烧产物为H2O(0.393)、N2(0.394)、O2(0.193)及极少量的NO(0.009),表明ADN是一种绿色无污染低特征信号推进剂。     

用详细化学动力学机理模拟固体推进剂组分燃烧的研究进展

针对未来固体推进剂燃烧模型的发展趋势,综述了近年来国外以详细化学动力学机理为基础建立的固体推进剂燃烧模型,并介绍了相关的理论公式和数值求解方法。模型可计算的燃烧特性参数包括燃速、压强指数、燃速温度系数、物种曲线、温度曲线、表面温度和火焰温度等。目前,模型已涉及到的物质包括硝胺类(RDX,HMX,CL-20,HNF)、叠氮类(GAP,BAMO,AMMO)、硝酸酯类(NG,NC,BTTN,TMETN,DEGDN)和硝酸盐类(ADN,AN)等。模型计算结果表明,预测的燃烧特性值与实验值比较一致,证明该机理可预测先进固体推进剂的燃烧特性和指导配方设计。但目前该类模型的主要局限是凝聚相内化学反应路径和反应速率以及凝聚相初生物种的确定问题。     

RDX/AMMO-BAMO推进剂燃烧模型

以详细的气相基元反应机理为基础,建立了RDX和RDX/AMMO-BAMO(80∶20)推进剂的一维、稳态燃烧模型.计算了0.1～10 MPa压强下RDX和RDX/AMMO-BAMO推进剂的燃速、燃烧波结构、气相热反馈等燃烧特性参数.预估的燃速值与实验值吻合得很好,相对误差都在10%以内.计算结果显示,20%AMMO-BAMO共聚物的加入,降低了RDX推进剂的燃速,降低幅度约为42%.     

铝镁推进剂固冲发动机两相燃烧数值模拟

针对铝镁推进剂中心进气固冲发动机,湍流模型采用Reynolds应力方程模型,气相燃烧采用涡耗散模型,两相流采用颗粒随机轨道模型,铝颗粒燃烧采用Brooks燃烧模型,对二次燃烧和流动进行了三维、两相和化学反应流场数值模拟,对比和分析了冲压空气与一次燃气无旋、同向及反向旋转3种工况下补燃室燃烧流动特性及燃烧效率,并对不同工...     

HTPB推进剂高压燃烧特性研究(英文)

对HTPB三组元和四组元推进剂在2~20 MPa平均压强范围内的燃烧特性进行了实验研究。结果表明,三组元推进剂可在20 MPa以下稳定工作;压强一旦超过20 MPa,燃速压强指数将趋近于1,发动机将无法正常工作。四组元推进剂在2~20 MPa压强范围内的燃速压强指数实测在0.3左右,满足发动机使用要求。四组元推进剂稳定燃烧的最高压强临界值达到34 MPa。研究结果对超高压强固体发动机工程研制具有一定的指导意义。     

GAP高能推进剂燃速数值模拟

分析了缩水甘油叠氮聚醚(GAP)的热分解特性和燃烧特性,提出了GAP燃烧初期热分解反应的假说,建立了由化学结构特性计算GAP单元推进剂及GAP高能推进剂的燃速公式,并计算了不同配比GAP高燃速推进剂的燃速特征.计算结果与实测值吻合得很好,大部分偏差在±10%以内,且全部误差在±15%以内.这说明所建立的模型基本合理,编制的GAP高能推进剂燃速计算程序基本可行.     

基于BDP模型的AP/HTPB推进剂燃速参数敏感性分析

稳态和非稳态燃烧模型对于研究AP/HTPB复合推进剂中低频下的压强耦合特性问题是十分重要的,可信的稳态计算结果是非稳态计算的前提。在应用稳态燃烧模型对推进剂的燃速进行计算时,参数值的选取对计算结果具有很大的影响。针对AP/HTPB复合推进剂燃烧特性,在BDP多火焰结构理论的基础上,采用了AP/HTPB复合推进剂稳态燃烧模型,并对模型进行了数值计算,研究了AP和HTPB的指前因子和活化能及δ参数对推进剂燃速的影响。计算结果表明,AP活化能Es,ap的取值对推进剂燃速结果影响较大,在高压下更为敏感;HTPB的指前因子As,b对燃速几乎没有影响,其活化能Es,b对燃速影响较小,高压条件下,影响作用略微增强;参数δ值的选取对计算燃速值影响很大。     

含硼富燃料推进剂低压燃烧模型

针对含硼富燃料推进剂低压燃烧的凝相反应和气相燃烧具有气相反应在燃面上的惰性“沉积层”中进行、气相放热主要由AP与HTPB分解产物的扩散燃烧产生的特点,以BDP模型为基础,建立了含硼富燃料推进剂低压燃烧模型,分析了“沉积层”对气相燃烧的影响。结果分析认为,“沉积层”的存在是含硼富燃料推进剂能在较低压强下维持稳定燃烧,并具有较高燃速和压强指数的主要原因。燃烧模型实质是对BDP模型的拓展,利用该模型定性解释了含硼富燃料推进剂低压下特有的燃烧现象。     

含负压力指数固体推进剂的压力响应函数

根据呈正、负压力指数燃速特性的固体推进剂的稳态燃烧模型,导出了一个新的压力响应函数公式,它可用来说明燃速压力指数为零、正、负各类推进剂的压力耦合现象。燃烧中的推进剂被划分为两部份:一部份是由熔化了的粘合剂所覆盖的氧化剂表面与其相对应的粘合剂表面所组成,而另一部份则由未被覆盖的氧化剂表面同剩下的粘合剂表面组成。与以往的各类模型不同,在上述的前一部份燃烧表面的燃烧中,考虑了氧化剂在熔化粘合剂覆盖的条件下存在着反向气化和凝相反应,故使所得的压力响应函数的实部在推进剂稳态燃速的压力指数为零或负值时也可为正值。利用所获得的压力响应函数的表达式对试验用推进剂(S04-5A)作了定量计算,计算结果满意地说明了,负压力指数推进剂在氧化剂被熔化粘合剂大面积复盖时也存在不稳定燃烧的现象。这不仅克服了以往所有压力响应函数表达式均难以用于负压力指数推进剂的缺陷,而且也从一个侧面反映了呈正、负压力指数燃速特性的固体推进剂稳态燃烧模型的正确性。     

AP/HTPB复合推进剂燃烧的详细化学动力学建模(英文)

采用详细化学动力学机理,为AP/HTPB复合推进剂的燃烧建立了模型。该模型包含2个步骤:前一个是数据准备阶段,后一个是求解阶段。模型中包含了完整的固相、凝相和气相三相反应机理,其中气相反应机理由37个组分和127个反应步组成。为了提高模型的求解效率,用于评估化学反应的先进算法ISAT也被应用。最终,通过与试验结果的比较可看到,所建模型是可靠和精确的,并优于以往模型。     

铝冰发动机内流场的数值计算

为了使用数值模拟的方法计算铝冰发动机的性能,用颗粒表面反应模型和气相反应模型模拟铝颗粒在铝冰发动机燃烧室中与水蒸气的燃烧过程,用欧拉-拉格朗日方法计算颗粒沿轨迹的参数,分析了数值模拟的结果,并进行了相同尺寸的铝冰发动机实验,把数值模拟结果与实验结果进行了比较。数值计算得到的燃烧室稳态工作压强约为9.38 MPa,与实验结果接近,燃烧室平均温度为2950.65 K,相比热力计算得到的推进剂燃烧温度略低。通过对铝冰发动机的内流场数值计算,得到了与实验相符合的结果,验证了数值计算模型的有效性。     

燃烧室结构对固液火箭发动机燃烧与流动的影响研究

建立了85%H2O2-PE固液火箭发动机氧化剂H2O2催化分解、PE燃料热解以及热解气体与氧化剂分解气体扩散燃烧的综合模型,计算了固液火箭发动机燃烧室轴对称二维内流场,对不同结构燃烧室内流场的计算结果进行了对比,研究了补燃室和氧化剂入口突扩结构对发动机燃烧性能的影响.结果表明,增加氧化剂入口突扩段有利于发动机稳定工作和充分燃烧,增加补燃室长度可以提高发动机平均燃烧温度,使燃烧更加充分.     

Combustion performance and scale effect from N2O/HTPB hybrid rocket motor simulations

HRM code for the simulation of N₂O/HTPB hybrid rocket motor operation and scale effect analysis has been developed. This code can be used to calculate motor thrust and distributions of physical properties inside the combustion chamber and nozzle during the operational phase by solving the unsteady Navier–Stokes equations using a corrected compressible difference scheme and a two-step, five species combustion model. A dynamic fuel surface regression technique and a two-step calculation method together with the gas–solid coupling are applied in the calculation of fuel regression and the determination of combustion chamber wall profile as fuel regresses. Both the calculated motor thrust from start-up to shut-down mode and the combustion chamber wall profile after motor operation are in good agreements with experimental data. The fuel regression rate equation and the relation between fuel regression rate and axial distance have been derived. Analysis of results suggests improvements in combustion performance to the current hybrid rocket motor design and explains scale effects in the variation of fuel regression rate with combustion chamber diameter.     

复合催化剂对PET型燃气发生剂燃烧性能的影响

通过催化剂的筛选及燃烧性能试验,得到了一种较好的复合催化剂GP/ZC。试验结果表明,复合催化剂GP/ZC既能一定程度上提高PET型燃气发生剂燃速(9 MPa下燃速最高达7.4 mm/s),又能大幅度降低PET型燃气发生剂压强指数(压强指数最低降到0.19)。     

无喷管助推器非定常动边界内流场数值模拟

无喷管助推器依靠药柱的扩张面实现对气流的加速,燃面的线性增加及喉面的指数增加,使其内流场呈现明显的非定常性;侵蚀燃烧、压强的不均匀分布及药柱变形,使无喷管助推器的工作过程十分复杂。通过对FLUENT软件进行二次开发,建立了无喷管助推器的非定常动边界内流场数值模型,考虑了推进剂的点火过程和侵蚀燃烧,可获得各个时刻的燃面位置及内流场分布,从而可对发动机的内弹道性能进行较准确地预示。通过对某无喷管助推器的工作过程进行模拟,内弹道计算曲线与试验曲线吻合得较好。     

含碳酸钙的负压强指数复合固体推进剂燃烧机理

本文采用激光阴影高速摄影、扫描电子显微镜、X光电子能谱,对含和不含CaCO_(3)的三种夹心件及SO4-5A PU复合推进剂的燃烧过程、燃面形貌、化学成分和覆盖分数分别进行了研究和测定。结果表明:CaCO_(3)在低压下(〈1.96MPa)提高AP的燃速,在高压下(〉1.96MPa)起降速作用;CaCO_(3)与AP反应生成CaCl_2,并促使AP熔化;燃面上CaCl_2含量随压强上升而增加;PU熔化流动对AP表面的覆盖在mesa区内随压强而升高,在非mesa区的低压区也存在。基于以上实验结果,对含CaCO_(3)的PU负压强指数推进剂的燃烧机理进行了讨论。