激光加热复合固体推进剂点火的数学模型及数值解

本文从实验及理论上分析了以二氧化碳激光为能源的复合固体推进剂的点火,在激光加热热流为21～150×10~4W/m~2、初始温度分布为253～293K的条件下,测量了点火延迟时间,并根据推进剂点火的固相理论,在考虑了固相加热、表面吸热及放热反应的情况下,提出了数学模型,并用计算机进行了数值求解,得出了与实验基本相一致的结果。理论及实验都给出:点火延迟时间随着初始温度及点火热流的增高而单调下降,与初温的关系近于线性;在低热流下,延迟时间与点火热流的关系也近于一条直线。点火初始压力的影响将反应在指前因子B上,这些结果都与有关文献报道的基本一致。     

四、试验及测试

点火研究用气液式小火箭发动机与试验方法/李逢春等/1983(1),93～108 本文叙述了用于固体推进剂点火性能研究的试验装置——气液式小火箭发动机及其试验方法。该装置造价低廉,使用方便,输出性能优良,可以用于测定推进剂的点火性能。利用它,我们首次对三种常用的复合推进剂的点火延迟时间进行了测试,其结果与理论分析基本一致。火箭发动机发动机试验推进剂点火点火延迟     

固体推进剂动态燃烧的实验研究

对固体推进剂的动态燃烧进行了理论分析和实验研究,建立了推进剂动态燃烧的理论模型,并推导出了推进剂动态燃速公式.实验研究中发现推进剂燃烧过程中压强变化率对其燃速有显著影响,且压强变化率越大,影响也越明显;动态燃速要比静态燃速最多可高出40.2%(MDB)和17.7%(复合推进剂).     

固体推进剂点火的表面沉积模型

本文根据固体推进剂采用含有凝结物质的流动热气体进行点火的特点,提出了一个点火过程的机理,即认为在点燃之前凝结物质的热粒子首先沉积在推进剂的表面上形成一层沉积层,并根据传热理论建立了固体推进剂采用含有凝结物质的流动热气体点火的模型,求得了固体推进剂内部的温度分布和表面温度随时间的变化,以及计算点火延迟时间的解析解,再根据对流换热系数与压力的关系计算出点火延迟时间与压力的关系,将理论计算的点火延迟时间和压力的关系与实验结果比较表明理论模型是合理的。为了验证本文所提出的点火过程的沉积机理,设计了一个实验,实验结果表明在点燃之前推进剂表面确实存在一个沉积层,因而合理的理论模型应该包括这个沉积过程。     

固体推进剂光学参数对激光点火延迟时间的影响

给出了固体含能材料主要光学参数的定义和测量方法，考察了推进剂光学参数对激光点火中点火延延迟时间的影响，着重分析了吸收系数偏小带来的光学深度吸收，以及由此引起的理论与实际点火延迟的差异，并建立转换系数予以描述。以NEPE推进剂为例，对不同热流密度下点火延迟时间的理论估算表明，光学参数及由光学参数决定的浓度吸收对激光点火延迟时间的影响不可忽略。     

中国空间用固体火箭发动机的发展

中国从１９５８年开始复合固体推进剂火箭发动机的探索和研制工作。根据航天技术发展的需求，促使复合固体推进剂火箭发动机从小到大逐步发展起来。在三十多年的研制过程中。解决了壳体材料和成型工艺、推进剂配方和装药工艺、喷管和推力向量控制技术，安全点火和高空点火技术、各种环境试验技术、无损检测和质量保证技术、地面试验和测试技术等。已形成了固体火箭发动机研究、设计、试验、生产配套的基本条件，同时为中国卫星发射提     

低温状态点火瞬间固体发动机药柱结构响应分析

采用线粘弹性模型,针对固体发动机低温状态点火瞬间的推进剂相关力学特性对固体发动机药柱进行了低温状态点火瞬间的结构响应分析。点火瞬间的推进剂模量变化不大,对药柱的结构响应影响较小;而推进剂在不同状态下其泊松比并非一定值:低温状态下推进剂泊松比的值较小,点火升压下推进剂泊松比迅速增大至接近0.5,推进剂泊松比的微小变化对药柱的结构响应有很大影响。分别计算分析了低温状态点火瞬间推进剂泊松比为定值时与推进剂泊松比为非定值时的药柱结构响应仿真结果。分析结果表明,低温状态点火瞬间的药柱应变呈不断增高而应变率则逐渐降低;计算得圆管型模拟发动机的安全系数为1.48,这比推进剂泊松比为定值时计算得到的安全系数的值减小了13.5%。     

电控固体推进剂点火技术研究

采用一种层状电极式点火装置,分别研究了电极材料、电极形状和电极极性对电控固体推进剂点火过程的影响。试验结果表明,电极材料、推进剂端面电流密度和电极极性是影响电控固体推进剂点火过程的重要因素,当推进剂两端面电流密度相同时,采用不同材料的电极优先点火顺序依次为钛、铝、石墨、铜。当两端电极材料相同时,ESP始终在电流密度较大的一端点火,且电流密度越大,点火效果越好,临界点火电压越低;当两电极与药柱端面的接触面积比为1∶1和0.64∶1时,ESP优先在正极端点火;但当两电极与药柱端面的接触面积比为0.16∶1时,ESP在电流密度较大的一端点火。电控固体推进剂能通过电压控制实现多次点火、熄火循环。     

非自燃推进剂固液火箭发动机点火特性试验研究

叙述了非自燃推进剂固液火箭发动机的点火特性，并分析了点火起动程序设计、烟火剂点火器和复合固体引燃器的试验过程，结果表明；应用烟火剂点火器和预设固体引燃器，不仅能保证点火起动安全无误，而且还适用于多种非自燃固液发动机的点火 。     

含负压力指数的复合固体推进剂的稳态燃烧机理

为了研究含负压力指数的高氯酸铵(AP)复合固体推进剂的稳态燃烧机理,采用扫描电子显微镜对中断燃烧样品进行了研究,并利用自发光或激光阴影的单幅近距摄影术对燃烧中样品进行了观察。发现已熔粘合剂对AP表面的复盖并不是聚氯酯(PU)推进剂在“mesa”区所特有的现象;而是在更广大的范围内出现的普遍现象。指出局部复盖并不一定造成局部熄火,进而提出了一个综合考虑粘合剂对AP表面的复盖和复盖下存在凝相反应及反向气化的理论模型。该模型可用于包括易熔粘合剂在内的AP复合推进剂。具有能说明“平台”、“mesa”和正常的燃烧行为,分析初温、AP颗粒尺寸对燃烧特性影响的能力。而且,也能够成为研究包括“mesa”推进剂在内的侵蚀燃烧与不稳定燃烧问题的基础。     

固体推进剂点火研究评述

为了确定最新的固体推进剂点火工艺,对有关点火方面的文献作了广泛的评述,严格地检查了各种点火理论、实验方法和点火准则,并以简明的表格形式进行了总结,便于对各种不同的研究作比较。讨论了各种重要参数对点火过程的影响,指出了技术上的主要不足之处,以及今后的研究方向。     

固体推进剂点火研究综述

一、引言固体推进剂点火研究(包括理论和实验研究),对于固体火箭发动机点火器的设计者来说,是一个关心的问题。可以从中了解到固体推进剂被点着的过程,提供点火器设计时需要考虑的影响因素和必要的数据,以提高设计质量,减少用全尺寸发动机试验来确定点火器性能的试验次数。随着点火器设计工作的深入,大型固体发动机的使用,开展点火研究工作,     

复合固体推进剂双折线脱湿损伤模型参数影响分析

为分析双折线损伤模型参数对复合固体推进剂细观损伤及宏观非线性力学性能的影响,采用分子动力学方法建立复合固体推进剂颗粒夹杂模型,根据Surface-based cohesive方法,在高氯酸铵(AP)颗粒与基体之间的界面处设置接触损伤。利用有限元方法对具有不同损伤参数的颗粒夹杂模型进行计算,并对比数值仿真结果。结果表明,损伤起始应力对复合固体推进剂抗拉强度、最大延伸率有较大的影响;界面初始刚度在一定程度内的变化,对复合固体推进剂宏观力学性能及细观损伤形貌影响较小;界面失效距离主要影响复合固体推进剂的最大延伸率。     

热塑性聚氨酯复合固体推进剂

采用与硝化甘油(NG)具有良好相溶性的热塑性聚氨酯弹性体(TPUE)为粘合剂制备了热塑性复合固体推进剂。对热塑性复合固体推进剂的能量性能、力学性能、燃烧性能进行了研究分析。结果表明制备的热塑性复合固体推进剂具有高的理论比冲,可高于265s,具有优良燃烧性能及良好力学性能。     

HMX含量对HTPB复合固体推进剂微波衰减的影响

研究了HMX含量对HTPB复合固体推进剂微波衰减的影响。实验结果表明:含HMX的HTPB复合固体推进剂的微波衰减随HMX含量的增加而增加,HMX含量由5%增加到50%时,HTPB复合固体推进剂的微波衰减增加了约1倍。     

氧化剂粒度对复合固体推进剂侵蚀燃烧的影响

本文阐述了利用透明窗发动机——高速摄影装置研究氧化剂粒度对复合固体推进剂侵蚀燃烧影响的方法。对基本配方相同,只是氧化剂粒度不同的三种复合固体推进剂进行了实验研究。经过测试、分析和计算,得出了不同氧化剂粒度推进剂的侵蚀效应对气流速度和压力的关系式,进而得出了氧化剂粒度的大小对复合固体推进剂侵蚀效应的影响关系。     

基于细观模型的复合推进剂宏观松弛行为

采用随机算法生成了指定体积分数的复合固体推进剂细观分析模型。通过有限元方法及对细观场量的均匀化处理,对复合固体推进剂不同随机分布、颗粒尺寸分布及在不同应变水平下的力学响应进行了数值模拟,研究了颗粒分布随机性及颗粒大小对推进剂松弛性能的影响,并预测推进剂在宏观上的松弛行为。类比于时间温度等效原理,建立了复合推进剂时间-应变等效,并通过该原理将各应变水平松弛曲线沿时间轴平移,得到复合推进剂的预测松弛模量主曲线,预测结果与试验结果吻合较好。通过该方法生成的细观分析模型,可直观描述细观结构损伤对推进剂松弛力学性能的影响,并可在一定程度上预测不同配比方案复合推进剂的宏观松弛行为,对复合固体推进剂的配方设计及固体火箭发动机装药设计具有一定的指导意义。     

HAN基绿色推进剂点火技术研究进展

针对HAN基绿色推进剂普遍存在点火困难的问题,总结了国内外HAN基绿色推进剂点火技术的研究和应用情况。HAN基液体推进剂的点火方式主要包括催化分解点火、电火花点火、无弧点火、电解点火和激光点火。HAN基凝胶推进剂仍采用传统烟火药方式,难以实现点火。HAN基固体推进剂采用电极电解点火方式,在电压的控制下实现了点火、燃烧和熄火可控。分析认为,采用电解方式能够显著提高HAN推进剂的点火效率,是HAN基推进剂点火技术的发展方向。     

复合固体推进剂的模量调节

综述了填充聚合物模量理论研究的发展概况，认为基体模量和有效填充分数是影响复合固体推进剂模量的两个主要参数。从填料、粘合剂、界面作用和工艺四个方面对影响复合固体推进剂模量的因素进行了讨论，提出了调节复合固体推进剂模量的技术途径。直接途径是调节化学及物理交联密度、填充分数、粒度级配和填料形状；间接途径是增强粘合剂网络物理相互作用、填料细化、增强界面粘附作用和改进工艺等。     

复合推进剂烟雾的光学特性研究

本文从实验上研究了不同复合推进剂燃烧后产生的烟雾对激光、红外、可见光产生的衰减.在大量实验基础上,寻求基本配方中氧化剂AP粒度、铝粒度、铝含量以及初温、压力等燃烧条件对衰减的影响规律,并从理论上予以解释,试图为复合推进剂无烟化的配方设计提供某些参考依据.