预测固体推进剂火箭发动机侵蚀燃烧的数值法

对于固体推进剂火箭燃烧可采用一维模型预测固体推进剂火箭发动机的侵蚀燃烧特性。用取决于不同燃烧速率的速度来表示固体推进剂的侵蚀燃烧。数值积分控制偏微分方程就可得到分析结果。使用非定常公式预测固体推进剂侵蚀燃烧特性。计算了各种不同药形的复合推进剂和双基推进剂的侵蚀燃烧特性。测出了各种不同药形装填密度(药柱初始通孔面积与喉面积之比)对压力时间曲线的影响。现有分析指出,装填密度是确定某一特定药形及化学成分的推进剂侵蚀燃烧特性的最重要参数之一。研究表明低燃速推进剂比高燃速推进剂反映出具有较大的侵蚀燃烧效应。同时也表明长方药形与圆柱药形相比具有较大的初始压力峰,相反压力很快就稳定到一般与装填密度无关的平衡压力。     

固体火箭发动机的实际和预示压力—时间历程之间的差别

固体火箭发动机(SRM_S)中实际的稳态压力——时间历程经常不遵循用经典方程和方法所预示的曲线形状。每个发动机偏离预示压力的最大幅度和时间均不相同。对具有圆柱和星孔形状的分段推进剂药柱的航天飞机固体火箭发动机,本文提出了关于这种偏差的数据。本文对端面燃烧药柱的有关类似情形的数据也进行了讨论。     

嵌入金属丝复合推进剂中止燃烧试验成功

我厂在研制产品过程中,地面试验出现压力爬升、壳体烧穿与爆炸等现象。我厂试验工作者自行设计试验装置,采用实心药柱嵌入金属丝复合推进剂进行中止燃烧,实现了单室双推力的设计方案。通过试验,验证设计燃面变化和解决上述故障原因,摸清了装药包复层在发动机工作状态下的工作性能,发动机熄火正常,残药完整,包复层不脱落破碎。     

影响复合固体推进剂压力指数的诸因素的述评

近几十年来,推进剂系统的设计师们一直在关注着复合固体推进剂压力指数(n)的控制。本文讨论了影响此性能的各种因素及控制复合固体推进剂压力指数的各种方法。它们包括:(1)氧化剂的粒度、类型及含量;(2)金属类型;(3)氧化剂的包复;(4)弹道添加剂;(5)燃速调节剂及(6)粘合剂等影响。正如所预期的,这些方法均已用来调节压力指数,以适应特殊用途的战略和战术导弹所需的弹道性能。     

推进剂铝粉含量对固体发动机温度敏感系数的影响

用一种多分散的含铝固体推进剂的燃烧模型来确定具有单峰氧化剂分布的AP/Al/HTPB 推进剂的发动机温度敏感系数.铝粉含量在(0～20)%(质量百分比)之间变化,推进剂燃面与喷管喉面之比为250～500.结果表明,推进剂铝粉含量对发动机温度敏感系数的影响与发动机的燃喉面积比 K_H 有关.通常,增加燃喉面积比,发动机温度敏感系增至某一最大值,然后随发动机燃喉面积比的增加而减小.燃速系数和压强指数随初温和铝粉含量的变化,对发动机温度敏感系数有明显影响。而特征速度对温度敏感系数影响不大,但常常是增加的。     

某低燃速推进剂侵蚀燃烧模型研究

推进剂的侵蚀燃烧对发动机的内弹道性能会产生不利影响,侵蚀燃烧的程度取决于药 型设计的通气参数。设计了一种侵蚀燃烧试验发动机,并在不同通气参数情况下,进行 了多发某低燃速推进剂侵蚀燃烧试验,通过对试验数据的数值分析,得到了该低燃速推进剂 侵蚀燃烧的临界流速、侵蚀常数与燃通比之间的关系,并对此进行了试验验证,为类似推进 剂药柱通气参数的选择提供参考。     

固体碳氢推进剂在涡轮增压固冲发动机中的应用

提出了固体碳氢推进剂作为涡轮增压固冲发动机(TSPR)驱涡推进剂的方案,分析了适用于TSPR推进剂的热力参数和一次燃烧产物成分,完成了驱涡推进剂的选择;进行了备选推进剂(CH04)对TSPR性能的影响性评估,证明该推进剂能够满足TSPR的性能要求;对所选推进剂了进行了一、二次燃烧试验,试验结果表明,CH04推进剂在补燃室点火较困难,但其一次、二次燃烧稳定性好,燃气参数基本满足TSPR对推进剂性能要求。     

液氧煤油补燃发动机喷注器高频燃烧不稳定性的试验研究

针对液氧煤油高压补燃循环发动机高频燃烧不稳定性这一突出问题,建立了喷注单元的低压高频燃烧不稳定性模拟试验系统,使用气气推进剂。利用相似准则设计了缩比燃烧室,研究了全尺寸气液同轴式喷注器的结构尺寸和工作参数对燃烧稳定性的影响。结果表明,激发高频燃烧不稳定性时火焰变短,燃烧室压力出现大幅振荡并伴随啸叫;喷注器缩进室长度对燃烧稳定性裕量有很大影响并存在相对最佳值。试验结果可以指导发动机燃烧室的燃烧稳定性设计和评估,在发动机研制初期筛选燃烧稳定性相对最好的喷注器结构。     

复合推进剂低频燃烧不稳定性试验研究

小型无喷管火箭发动机的独特特性之一表现在瞬态燃烧能从稳态变化到低频整体不稳定方式。闭环反馈系统模型中有两个传递函数:燃烧速率的压力—耦合函数和发动机质量守恒的一阶滞后传递函数,根据反馈系统稳定图上的工作线可对这个现象进行理论解释。当把传统的压力—耦合响应函数应用于第一个函数时,发现经过一次简单燃烧试验就可确定响应函数的参数。试验中采用了四种不同的复合推进剂,其中推进剂的氧化剂颗粒大小分布各不相同。从燃烧试验得出的数据散布在稳定图上。响应函数的参数分散不会使表面反应的活化能保持为常数。如早期报道的那样,在复合推进剂中应用公式化响应函数的有效性值得怀疑。把L型燃烧器的方法应用到无喷管火箭发动机中,可以直接测量响应函数。已经表明,低频燃烧不稳定性中一维传热起主要作用,同时因复合推进剂结构不均匀引起的付效应也存在。由于振荡频率与中等大小氧化剂颗粒燃烧面移动引起的特征频率重叠在一起,付效应可归于复合推进剂结构的不均匀性。     

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。     

惯性顶级固体进推剂的研制与鉴定

本文介绍了惯性顶级(IUS)固体火箭发动机用的丁羟推进剂及推进剂/包复层/绝热层界而系统的研制情况及生产历程;介绍了根据发动机设计要求选择推进剂配方的情况和推进剂的主要性能;还介绍了研制期间对配方和工艺的某些小的修改及修改原因。本文亦讨论了推进剂/包复层/绝热层的界面系统,包括包复层化学的主要特性和控制迁移现象以提高粘结系统的完整性的方法。     

缩比固体火箭发动机试车中出现的内弹道畸变

在全尺寸和缩比固体火箭发动机试车中,出现被认为是由燃速变化而引起的内弹道曲线中部畸变。预测的和实际的压力——时间曲线、推力——时间曲线之间的差别,既不能预测,又没有完全了解。但是,用手工方法和自动化方法已描述了这种中部畸变特征。在以过氯酸铵为氧化剂的烃类推进剂中观察到上述现象。为改善工艺性能而降低了粘度的这类推进剂可使这种畸变扩大。为了找出这种畸变的可能来源,分析了缩比试验发动机试车的压力—时间曲线、推力——时间曲线和推力压力比与时间的关系曲线。对发动机尺寸、工作条件和推进剂配方进行了研究,以确定发生畸变的可能原因和验证畸变的可能机理。     

变推力发动机用高压强指数GAP推进剂的燃烧性能研究

为了获得变推力发动机用高压强指数聚叠氮缩水甘油醚(GAP)推进剂配方,采用靶线法研究了氧化剂的种类、粒径及配比、燃速催化剂的种类及含量、以及增塑比对GAP推进剂静态燃烧性能的影响规律,采用?118标准试验发动机对GAP推进剂进行了动态燃烧性能测试。研究表明,通过综合因素调节获得了一种高压强指数GAP推进剂配方,且当燃速催化剂RC-4含量1%时,GAP推进剂在1～15 MPa范围的动态压强指数高达0.66,满足变推力发动机对推进剂压强指数的要求,同时高压区间(9～15 MPa)的动态压强指数为0.51,低于1～15 MPa的压强指数,这有利于推进剂在高压范围内的稳定燃烧,为变推力发动机在高压范围内的正常工作提供依据。     

新型高燃速推进剂在固体发动机内燃烧特性研究

新型高燃速推进剂是一种采用小球粘结、无溶剂挤成型的复合改性双基推进剂,20℃、6.86MPa下用靶线法实测静态燃速为46.25mm/s。为研究这种新型高燃速推进剂在发动机内的燃烧特性,在不同燃通比和燃喉面积比的装药条件下,进行了发动机试验,获得了相应的压强-时间曲线。分析结果表明,该推进剂在火箭发动机内不同压强下可出现3种完全不同的燃烧类型,即类似于双基推进剂的平行层燃烧、类似于超高燃速推进剂的对流燃烧和有限对流燃烧,并给出了3种燃烧类型的判断条件。     

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。     

低燃速的端羧基聚丁二烯丙烯腈(CTBN)推进剂

对端羧基聚丁二烯丙烯睛(CTBN)液体共聚物为粘合剂的极低燃速的复合固定推进剂进行了论证。本计划的目的是,研制一种用于燃气发生器的(StarterCartridge)、压力在70公斤/厘米~2(100磅/英寸~2)下,燃速指标为1.78毫米/秒(0.070英寸/秒)的推进剂。选择了双环氧交链系统的低丙烯睛 CTBN 粘合剂,因为它的老化性能和工艺性能较之一般的粘合剂材料优越。在改进的 MK6气体发生器装置中,用浇注单孔圆柱形的、端面包复和外圆柱面包复的推进剂药柱进行弹道性能评定。用50%双级配的过氯酸胺、30%CTBN 粘合剂和20%装填密度高的硝基胍组成的推进剂配方成功地满足了设计要求,在要求的压力与温度25℃(77°F)下,达到了1.70毫米/秒(0.067英寸/秒)的燃速指标。当压力在35公斤/厘米~2(500磅/英寸~2)到70公斤/厘米~2(1000磅/英寸~2)范围内,温度在-54℃和74℃之间时,所测得的温度敏感系数π=0.36%/℃(0.20%/°F)。通过初步的力学性能和物理性能试验表明,此种类型的药柱设计在工作条件下,是合格的。因此,这种推进剂用于各种低燃速的场合似乎是有吸引力的。     

透明窗发动机测试系统的应用

本文介绍了透明窗发动机测试系统,及其作为推进剂燃烧性能和绝热材料烧蚀性能研究实验装置的应用情况,例如测定氧化剂粒度对复合固体推进剂侵蚀燃烧的影响,高燃速无铝(少铝)推进剂的瞬态燃速及燃烧稳定性,热幅射对复合推进剂燃速的影响,以及燃速相关性研究的测试,绝热层烧蚀率的实验测试等,文中还展望了它的更为广阔的应用前景。     

高性能战术导弹发动机的研制

根据空军火箭推进实验室的合同 F021611—78—C0061,已研制了一种固体燃料火箭发动机,用于空中发射高性能战术导弹。该发动机采用了凯夫拉纤维缠绕壳体,高固体含量的 HTPB 推进剂,直径为20.5英寸。它包括连接凯夫拉壳体的飞机发射吊耳连接器,塑料的火箭式点火器,EPDM 绝热层和含90%固体,其中22%铝粉的推进剂配方。到目前为止,已制造了五台壳体,其中两台为发动机。一台已进行了水压爆破试验,有两台以假发射/系留飞行加载的安装形式进行结构试验,两台用作发动机,并在环境温度和一65℉温度条件下成功地进行静态试验。低温发动机试验包括在燃烧初期和末期有两次感应冲击脉冲,以便试验弹道稳定性。发动机的性能极好,得到的比冲与予计的相同。全面鉴定了高固体含量 HTPB 推进剂(TP—H1203)在-65℉温度下的力学性能。对推进剂的松弛模量、双轴拉伸,高速/加压的单轴拉伸性能进行了测量;还对裙部剪切强度,人工脱粘的拉伸强度及绝热层/包复层/推进剂系统之间的模拟人工脱粘端面强度进行了测量。由于发动机和推进剂的实验成功,因此,研制计划扩大了。其中包括将壳体结构重新设计以便完全适合于系留飞行加载环境,并解决在结构加载试验中所发现的强度/刚性问题。这一新的工作将包括另外制造两台壳体,进行结构试验及实验室材料试验和缩比的结构评价等项目。石墨纤维将与凯夫拉为基的叠层片成为整体,使壳体结构足以承受局部超过37,000磅的径向载荷。     

复合固体推进剂中氧化剂和粘合剂的分解/爆燃综述

复合固体推进剂燃烧时,粘合剂和氧化剂的分解起着非常重要的作用。复合推进剂配方中,过氯酸铵(AP)是目前实际使用的氧化剂。根据应用于推进剂的情况,收集综述了粘合剂和 AP 分解的有关资料。本综述可以用来了解推进剂的燃烧机理。     

火箭发动点火器的MTV烟火药研究

本文叙述了 MTV(Magnesium-Teflon-Viton)烟火药的研究,其目的是为了研制和试验适用于火箭发动机点火器的配方。大量的热化学计算表明,组分比例和燃烧压力对 MTV 燃烧产物的热力学性能和组分有影响。用三种配方进行了热量、热分析、工艺和内弹道研究。配方中含有维通 A 4%及两种粒度的特氟隆。此配方满足密实要求。用压力范围在0.8～4.2MPa 的小型试验发动机进行管状药柱的点火试验。用含有镁58%MTV 的组分获得了非常良好的结果,其计算的燃烧产物中50%以上处于凝聚状态。在220 MPa 压力下这种密实的点火药的燃速定律为:γ(cm/sec)=1.69 P(MPa)~(0.22)在100 MPa 压力下密实,其燃速升高15%。用上述 MTV 烟火药制成的药柱进行了一系列的环境试验,并成功地用来点燃小型研究发动机及推进剂鉴定发动机。