氧弹法测量硼粉燃烧热值的方法学研究

硼是一种高能固体燃料，其燃烧热值的准确测定十分重要。用甲醇-水混合溶剂洗脱去除硼粉表面的氧化物，然后用氢氧化钠溶液滴定洗脱液中硼酸含量，计算得到500nm原始硼粉表面氧化层平均厚度为1.8～5.5nm,40nm原始硼粉表面氧化层平均厚度0.5～1.6nm，采用氧弹法测定了500nm和40nm原始硼粉及其去除氧化物后的燃烧热值，通过滴定法分析燃烧产物中硼酸含量，换算得到实际燃烧的单质硼质量，从而计算出单质硼燃烧热值。实验结果表明，500nm原始硼粉及其去除氧化物后燃烧得到的单质硼平均燃烧热值分别为55.2±0.8kJ·g^-1和55.4±1.2kJ·g^-1，两者非常接近，且落在文献值范围内；40nm原始硼粉及其去除氧化物后燃烧得到的单质硼平均燃烧热值分别为53.3±0.9kJ·g^-1和51.6±0.9kJ·g^-1，略低于文献值。为了准确测量单质硼的燃烧热值，宜选择颗粒尺寸较大(如500nm)的硼粉样品。在上述厚度范围内，氧化层对500nm原始硼粉或40nm原始硼粉的燃烧效率均无影响。当硼颗粒的尺寸为40...     

硼笼化合物对含铝液固高能燃料点火及燃烧性能的影响

为了探究硼笼化合物对液固凝胶型高能燃料的点火及燃烧性能的影响,采用高密度碳氢燃料MCRI-1、辅助分散剂胶凝剂和纳米铝粉为原料,制备了系列含铝液固凝胶型高能燃料(简称含铝高能燃料),并考察了含铝高能燃料的组成对其分散稳定性(即凝胶成型效果)的影响。在此基础上,考察了三种硼笼化合物对含铝高能燃料的密度、热值、点火及燃烧性能的影响。结果表明,提高胶凝剂含量或固液质量比(Al/MCRI-1)均可提高含铝高能燃料的分散稳定性。含铝高能燃料的密度和体积热值随着硼笼化合物的添加略有降低,但其质量热值在添加硼笼T和硼笼A后分别增加了11.6%和12.4%。硼笼化合物可将含铝高能燃料的燃温峰值提高21.1%～52.9%,点火延迟缩短44.5%～65.2%。硼笼化合物明显改善了含铝高能燃料的点火及燃烧性能。整体上,硼笼A添加效果最佳,且热解及燃烧可产生较多的气体,一定程度上增强了含铝高能燃料的膨胀做工能力。     

不同气氛下硼燃烧发射光谱分析及火焰形态研究

为了揭示无定形硼粉在各种气氛下的燃烧特性,利用激光点火系统研究了硼粉的燃烧过程,采用先进的光纤光谱仪和高速摄影仪分析了火焰形态以及燃烧过程中的发射光谱。结果表明,硼在纯氮气氛中能自持燃烧,火焰呈现不明显的淡黄色;而在纯氧气氛中的燃烧则非常剧烈,火焰为硼燃烧特有的绿色。硼在纯氧气氛下燃烧发射出明显的BO2光谱及少量的BO光谱,波长547.1nm的谱峰强度最大。在纯氮气氛下未观察到明显的BN发射光谱。与氧气气氛相比,在水蒸气/氧气混合气氛下,没出现明显的BO2发射光谱。在氧氮气氛下,随着氧浓度的降低,波长471,492.9,518.1,547.1,579.1nm的BO2峰始终较为明显,而452和620.2 nm波段的BO2峰则逐渐消失。     

团聚硼粉与HTPB混合物流变特性

利用HAAKE流变仪研究了硼粉团聚方法、粒度、填充比例对B/HTPB混合物流变性能影响。结果表明,对于LiF包覆的硼粉(B/F),小颗粒的LiF增强了与HTPB预聚物的物理吸附作用,使体系的表观黏度反而大于未包覆的硼粉;采用HTPB包覆的硼粉(B/H,B/F/H)与HTPB混合物的表观黏度和屈服值远小于未处理硼粉,且随混合时间增加而保持不变。在相同填充质量下,小粒度团聚硼粉的黏度系数K值较大,n值较小,严重偏离牛顿流体。当团聚硼粉/HTPB质量比为55/45时,混合物的流动方程转变为Herschel-Bulkley方程,大粒度团聚硼粉的屈服值较小。因此,与小粒度硼粉相比,大粒度团聚硼粉与HTPB的混合物具有较好的流变性能。含大粒度团聚硼粉富燃料推进剂药浆具有良好的工艺性能,6 h内表观黏度小于1500 Pa.s,屈服值小于150 Pa。     

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.     

改善高空台试验中发动机性能参数不确定度的方法探讨

介绍了发动机高空模拟试验中发动机性能参数不确定度控制与改善的需要和需求背景,分析了空气流量等发动机性能参数不确定度的影响因素,重点探讨了进气压力、高空舱压力等主要冈索对发动机性能参数不确定度的影响及其确定方法,并在此基础上提出了基于已有测试系统改善其参数测量不确定度的实用方法.     

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。     

硼颗粒点火燃烧模型求解及影响因素分析

简要介绍了含氧气和水蒸气环境下硼颗粒点火动力学模型和燃烧动力学模型,并给出了详细的数值求解方法,采用权威实验数据校验模型的合理性和准确性。利用模型预测硼颗粒点火燃烧特性,分析表面氧化层厚度,粒径,环境压强,氧分压,水蒸气分压及环境温度等因素对硼的点火燃烧特性的影响,并与相应的实验结果进行比较。结果显示,硼颗粒点火时间和燃烧时间均随粒径增大而增加。当粒径小于20μm时,燃烧时间与粒径基本呈正比关系。而当粒径大于20μm时,燃烧时间随粒径增大呈二次方增长。点火时间随初始氧化层厚度增加单调递增,增长率达到65ms/μm。点火时间和燃烧时间随环境压强增大基本呈现减小的趋势,但3MPa以上均不敏感。氧分压的提高对点火时间没有影响,但使燃烧时间明显减小,而水蒸气分压的升高则显著降低点火时间,但对燃烧时间几乎没有影响。环境温度的升高会减小点火时间,但对燃烧时间的影响可忽略。     

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。     

强迫对流下硼颗粒燃烧特性影响因素研究

针对冲压发动机燃烧室内强迫对流下的硼颗粒燃烧特性展开了系统研究,考虑气相流动、扩散和表面单步有限化学反应动力作用,建立了强迫对流下硼颗粒燃烧过程的物理和数学模型;采用有限体积法求解含多组分反应流的二维轴对称Navier-Stokes方程,并验证了数值仿真方法的正确性。首先通过数值仿真研究了来流速度、颗粒半径、环境中氧气质量分数和环境压力等因素对硼颗粒燃烧特性的影响,并对其成因展开了详细分析。研究表明,在强迫对流作用下,硼颗粒总的燃烧质量流率和质量流率通量均随来流速度、颗粒半径、环境中氧气质量分数和环境压力的增加而增大。通过深入分析发现,强迫对流下硼颗粒的燃烧质量流率通量随着来流雷诺数的增加而增大。然后基于大量数值仿真结果,对相对静止气氛下的硼颗粒质量流率通量进行了修正,用于描述强迫对流下的硼颗粒燃烧特性。     

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。     

含硼富燃料推进剂燃烧热测试装置的改进

参照GJB770A-97燃烧热测试方法,采用GR3500型氧弹式热量计,实验研究了含硼贫氧推进剂燃烧热测试中存在的问题,数值模拟了氧弹中的温度分布。结果表明:含硼贫氧推进剂燃烧热测试必须解决两个主要问题:①含硼贫氧推进剂燃温高,易造成氧弹部件的烧蚀;②含硼富燃料推进剂燃烧热测试过程中,硼等难燃组分存在不完全燃烧现象。给出了解决上述问题的可行方案,实验后,氧弹部件无烧蚀;燃烧产物的分析表明,含硼贫氧推进剂在改进的氧弹式热量计中能得以完全燃烧。测试结果平行误差为1.992%。     

贫氧推进剂热值标准装置不确定度评定

介绍了贫氧推进剂热值标准装置的工作原理,并对该装置进行了不确定度分析评定。     

固体火箭冲压发动机含硼推进剂燃烧性能实验研究

利用地面直连试验系统对含硼推进剂在某固体火箭冲压发动燃烧过程性能进行试验研究。通过对含硼推进剂燃烧后凝聚相样品的SEM,EDS和XPS分析,探讨推进剂燃烧过程。在凝聚相EDS分析中,硼元素含量随着远离推进剂轴向方向显著降低,氧元素含量显著升高。在补燃室中,由于补充富氧空气,一次燃烧产物进一步反应,导致环境温度上升。由于高温,硼颗粒发生燃烧,产生大量气态硼化物,从而导致硼元素含量下降。二次燃烧凝聚相产物中,硼的非完全氧化物占比在40%以上,氮化硼占比在20%以上,硼颗粒占比7%以下。研究结果表明,随着推进剂在燃气发生器和补燃室内的一、二次燃烧,硼颗粒逐渐减少,并分别与环境中的C和O等元素发生化学反应,在凝聚相中的含量逐渐降低,氧元素在补燃室之后显著增加,氮化硼为凝聚相主要成分之一,存在于各特征位置。推进剂中的硼颗粒没有被完全燃烧,燃烧效率有待于进一步提高。     

某型弹用涡喷发动机高密度燃油应用的数值分析

文章基于数值模拟方法,对JP-10高密度燃油在某型弹用涡喷发动机燃烧室中的燃烧过程进行了研究,并与原燃油RP-3燃烧的数值模拟结果进行了对比。结果表明,在与RP-3燃烧相同的空气进口质量流量情况下,JP-10在该涡喷发动机内能正常燃烧,且供油时间比之RP-3要增加20%左右。使用JP-10,火焰筒内部高温区范围有所减少,降低了燃烧室结构的热负荷。保证燃油流量相同条件下使用JP-10,火焰筒出口处温度分布系数比采用RP-3的要小。     

航空煤油HiTAC燃烧特性的数值分析

采用合理的气-雾两相流流动、混合、燃烧、传热和NOx生成数学模型,对模型燃烧室内航空煤油的高温空气燃烧（HiTAC）特性进行了CFD数值模拟。数值模拟结果表明：通过合理组织燃烧,能使航空煤油实现HiTAC燃烧特性。燃烧室内温度梯度明显降低;燃烧温度场趋于均匀;有效降低污染物NOx的排放。计算结果与相同条件下的重油HiTAC燃烧试验结果有相同规律。     

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。     

旋转射流对含硼固体火箭冲压发动机二次燃烧的影响

为提高固体火箭冲压发动机二次燃烧效率,将旋转射流技术引入固体火箭冲压发动机设计,采用Re-alizable k-ε湍流模型、单步涡团耗散燃烧模型以及KING硼粒子点火和燃烧模型,利用Fluent软件开展了旋转进气和一次燃气旋转含硼固体火箭冲压发动机补燃室三维反应流场流数值分析。研究结果表明,当空气射流切向进入补燃室时,气流产生的旋转均使燃料与空气的混合更充分,燃烧效率更高。当气流切入角度增大时,补燃效率先升后降,对于具体发动机结构,存在一个使燃烧效率最大的切入角,针对研究的模型发动机结构,此值在20°附近;当一次燃气旋流数的增加,二次燃烧效率呈逐渐增高的趋势。