推进剂燃速与催化剂影响铝凝聚-燃烧的实验研究

本文采用多种实验技术对含铝推进剂燃速与铝的凝聚-燃烧的关系进行了研究.实验结果表明,在基本配方确定之后,催化剂含量过高对铝的燃烧不利;同时,还指出燃速是影响铝凝聚-燃烧的因素之一,但不是主要的因素,两者之间的关系不是单调的线性关系,简单地认为“增大燃速,铝凝聚程度减小”的看法,是不够妥当的.     

双级配的氧化剂粒度对推进剂中铝燃烧的影响

本文通过实验研究,从凝聚程度的大小和燃烧完全性两方面,证实了氧化剂AP粒度是影响推进剂中铝燃烧的重要因素,实验结果支持了Cohen,N.S.提出的“口袋模型”。本文对双级配的AP粒度的影响进行了较为详细的讨论,提出在实际配方中较为合适的氧化剂级配比例范围。      

基于数字同轴全息的铝颗粒燃烧粒度分布研究

铝颗粒的团聚效应会对固体推进剂燃烧造成不良影响,产生积渣、两相流损失等问题。为掌握铝颗粒的团聚机理,了解初始铝颗粒尺寸以及压强对铝团聚的影响,以优化推进剂配方及粒度级配,有必要对三维空间内铝颗粒的粒度分布进行研究。为解决传统检测方法的景深问题,采用了数字同轴全息（DIH）技术,并用普通镜头搭配4f透镜组取代长焦显微镜头构建了成像系统。实验一方面对两种具有不同初始粒径的推进剂A和B进行燃烧测量,另一方面对推进剂B分别在0.1,0.2,0.3MPa三种不同压强下的燃烧进行了测量,然后通过全息重建以及图像处理技术得到了燃烧铝颗粒的粒径信息,相对测量误差在9%以内,最后采用Normal和Log-Normal多峰拟合获取了粒度分布的详细参数。对比实验结果发现,常压下铝团聚体的尺寸随着初始铝粉粒径减小而减小;随着压强增大,铝团聚物的尺寸逐渐变小,体积概率密度逐步由双峰分布变为单峰分布,说明压强升高对于铝团聚有抑制作用。     

复合推进剂中铝粉粒度对分布燃烧响应和粒子阻尼特性影响

针对不同初始铝粉粒度的含铝复合推进剂,对其燃烧产物粒子阻尼特性和铝粒子分布燃烧响应特性进行了试验研究。试验结果表明:粒子阻尼的大小取决于流场中的凝相燃烧产物粒径分布和振荡频率,与推进剂中铝粉初始粒度基本无关;粒子阻尼预估方面,采用单一粒径预估的阻尼值与实际测量的阻尼值相比,仍存在一定的误差(10%),需要进一步改进;分布燃烧响应方面,在同一振荡频率范围内,分布燃烧响应特性与复合推进剂中初始铝粉粒度有关,即初始铝粉粒度越大,在燃烧过程中产生的分布燃烧增益越大,这对于发动机燃烧的稳定性是十分不利的。     

复合推进剂中铝粉凝聚的链反应模型

本文提出了描述复合火箭推进剂(HTPB/Ap/AL)体系中铝粉凝聚的新模型——链反应模型。定义并推导出了铝粉的凝聚速率、平均凝聚程度及铝凝滴直径大小分布函数的具体表达式,从中可明显看到推进剂燃速、铝粉含量与铝粉粒度,Ap粒度及燃烧室压力等因素对铝粉凝聚程度的影响趋势,并且与现有的实验结果完全相符。     

收集处理方法对含铝固体推进剂凝相燃烧产物特性影响

含铝固体推进剂凝相燃烧产物特性对固体火箭发动机的燃烧效率、燃烧稳定性和绝热安全性等影响重大。为获得准确可靠的凝相燃烧产物的理化特性,利用定压燃烧装置来收集凝相燃烧产物,采用马尔文激光粒度分析仪、扫描电镜及X射线衍射仪对产物进行表征,研究收集介质、干燥处理和超声分散对凝相燃烧产物性质的影响。结果表明,使用水收集获得的凝相燃烧产物平均粒度与氮气收集条件下相比大60%,水收集法适用于研究推进剂近燃面凝相燃烧产物。干燥处理能保证凝相燃烧产物样品中大尺寸颗粒的有效取样,在粒度测试之前需要对样品进行干燥处理来获取准确的凝相燃烧产物粒度分布数据。超声分散会导致大颗粒团聚物含量降低,小颗粒团聚物含量升高,最终显著降低凝相燃烧产物平均粒径。粒度测试时,在80kHz条件下,超声分散参数设定为40 W,5 min较为合适。基于研究结果,提出了一套科学合理的凝相燃烧产物收集处理方法。     

铝粒表面微凸起对凝聚产生的影响

为进一步研究非球形铝粒表面微凸起对含铝推进剂凝聚燃烧的影响，用Young-Laplace公式和化学势的微分式，推出非球形铝粉凝聚起始温度下降公式。发现铝粒表面微小凸起的平均半径越小，则铝粉凝聚起始温度就越低，其影响不容忽视。用电化学微电池理论，阐明了铝粉与NaOH溶液的反应机理。铝粒与NaOH溶液构成局部腐蚀电池，金属铝在阳极上失去三个电子，发生氧化反应。由于非球形铝粒组织和物理状态的均匀性比球形铝粒的差，表面的微电池数目比球形铝粒的多，因此有较大的反应速率。     

NEPE高能推进剂凝相燃烧产物的特性分析

通过改进固体推进剂凝相燃烧产物收集装置,在降低系统复杂程度的同时实现了对工作压强的稳定控制。对NEPE高能推进剂在三种工作压强下产生的凝相产物进行了收集,采用粒度分析仪、扫描电镜、X射线能谱仪和X射线衍射仪对获得的凝相燃烧产物进行了深入分析。结果表明,对于NEPE高能推进剂,工作压强对峰值粒度的影响不大,各压强下的平均峰值粒度均在1μm至2μm之间;大部分粒子呈规则球形,少数大粒子会发生形状改变;铝粒子在燃烧室中一般不会全部被氧化成Al2O3。     

在加速场下含铝复合推进剂燃烧中粒子动力学研究

从两个方面研究了在加速度场下含铝复合推进剂燃烧中粒子动力学：在理论分析中,以牛顿运动定律为基础,运用粘流Ｎ－Ｓ方程导出燃烧产物中凝聚铝粒子运动方程,计算出加速度与粒子临界尺寸的关系曲线;在试验研究中,用研制的燃烧实验装置和动态粒子采集器,在不同加速度条件下获取燃烧产物中的铝粒子。研究结果表明,理论分析计算和试验研究结果基本吻合,从而验证了加速度效应的基本原理。     

复合固体推进剂燃速温度敏感系数的模拟计算

本文根据“价电子反应”稳态燃烧模型和模拟计算方法,模拟计算了AP粒径、粒径分布宽度,AL含量、AL粒径以及压力对“AP/AL/HTPB/催化剂”系列推进剂的燃速温度敏感系数σp的影响规律,结果同文献[4]所综合或分析预测的结果一致.可以认为:初温对凝聚相反应的影响是主要的;AP粒径越大,σp越高;AP粒径分布宽度对σp有显著影响;铝含量增加,σp略有降低,压力升高,σp降低.     

粉煤灰特性及其甲烷催化燃烧性能的试验研究

针对粉煤灰富含氧化硅和氧化铝的组成特性,结合甲烷燃烧催化剂载体的研究现状,提出了一种粉煤灰作为甲烷燃烧催化剂载体的高附加值利用的新方法.对粉煤灰的粒度特性、微观形貌等进行了分析,测试了粉煤灰的甲烷催化燃烧性能,研究结果表明粉煤灰由于其特殊的组成和晶体结构,表现出一定的催化活性.并详细考察了粒度、活性组分负载浓度对以粉煤灰为载体三氧化二铁为活性组分的催化剂性能的影响.     

镁粉对铝/冰燃料燃烧特性的影响

为改善铝/冰燃料的点火燃烧性能,通过添加不同比例的镁粉制备成铝/冰基燃料,研究其对铝/冰燃料燃烧特性的影响。实验通过接触法测得铝/冰基燃料燃烧温度并采用高速摄影系统观测其燃烧现象。研究结果表明,铝/冰燃料中添加镁粉后在100~200℃即出现较为明显的氧化放热反应,镁粉可以明显降低铝/冰基燃料的起始反应温度,加快反应速率。在稳定燃烧阶段,随着镁粉添加量的增加,铝/冰基燃料燃烧剧烈程度降低。通过对燃烧产物的分析发现,添加镁粉后的燃烧产物形貌与未添加镁粉的产物形貌存在明显差别,且未完全反应的铝粉含量较多,燃烧相对不充分。     

加速度对含铝复合推进剂燃烧特性的影响

介绍了用中止燃烧试验方法研究加速度对含铝复合推进剂燃烧特性的影响。结果表明，固体推进剂的加速度效应，最初是一种特殊的动态过程，在熄火后的药柱燃面上可观察到形状各异的凹坑，由凝聚铝粒子在燃面上滞留造成，它使向药柱的热反馈大大增强，结果导致燃面增加，燃速增大。根据研究结果，导出了燃速增量的三个表达式，即热效应燃速增量，增面效应燃速增量，压强效应燃速增大。根据研究结果，导出了燃带增量的三个表达式，即热效     

高能推进剂燃烧效率研究和实测比冲预估

采用燃烧残渣中活性铝含量分析、真空爆热和发动机试验等方法，研究了高能推进剂中主要组分对推进剂燃烧效率的影响。研究结果表明：增塑剂的种类和含量是影响效率的主要因素，AP的含量及固体组分的粒度级配也有明显影响；BSF－φ315发动机试车结果证明高能推进剂的的实测比冲效率大于0．94。采用软件计算发动机的实测比中，可预估高能推进剂配方在不同压强及燃速条件下标准试验发动机（BSF－φ165和BSF－φ315）试车的实测比冲值。     

氢/氧气-气燃烧与气-液燃烧特性对比研究

对氢/氧气-气和气-液同轴剪切式单喷注器进行了燃烧流动的仿真研究.采用带化学反应的湍流Navier-Stokes方程和颗粒轨道模型描述发动机内部喷雾两相燃烧流动过程,气相化学反应速率都由Ar-rhenius公式计算.对典型气-气燃烧和气-液燃烧仿真结果进行了比较,结果表明气-气燃烧完成长度相对气-液燃烧更长;并进行了同轴喷注器关键参数对两种燃烧流场的影响的仿真和分析比较,得到喷注流量和动量比均为影响两类型喷注器燃烧流场的关键因素,且这两因素对燃烧完成长度的影响趋势是完全相同的,而喷注速度对两类型喷注器燃烧流场影响程度都较小.      

固体推进剂定淬息距离凝相燃烧产物收集方法

含铝固体推进剂凝相燃烧产物对发动机的能量特性、热防护以及燃烧稳定性均有重要影响.为了排除燃烧过程中推进剂燃面退移造成的凝相燃烧产物淬息距离逐渐增大的影响,设计并建立了一套基于恒定淬息距离的凝相燃烧产物收集系统,并通过典型丁羟四组元推进剂凝相燃烧产物的收集和分析,对该收集方法进行了校验.结果表明,淬息距离恒定使得凝相燃烧...     

Na_3AlF_6对微米铝粉在CO_2气氛中着火燃烧特性的影响

为了改善铝粉在二氧化碳气氛中的着火特性和燃烧效率,采用自行设计的管式炉研究了六氟铝酸钠对铝/二氧化碳着火燃烧特性的影响。采用高速摄影系统记录了样品着火燃烧现象,同时收集反应后的产物通过X射线衍射和扫描电镜技术、化学分析方法对其成分、产物形貌和燃烧效率进行了分析。研究结果表明,六氟铝酸钠能够显著降低铝粉的点火延迟时间,与未添加六氟铝酸钠的样品相比,加入六氟铝酸钠后,样品的点火延迟时间降低了18s左右;六氟铝酸钠的加入还能抑制燃烧产物凝聚并提高铝粉的燃烧效率,随六氟铝酸钠添加量增加,燃烧效率呈现先增加后降低的趋势,添加了六氟铝酸钠的样品的最高燃烧效率为71.82%,与未添加六氟铝酸钠的样品相比提升了21.1%。     

铝颗粒云燃烧研究进展

为探究铝颗粒云燃烧特性,把握其研究进展,并为后续研究工作提供参考,本文首先简述了铝颗粒点火、燃烧过程,总结了铝颗粒燃烧机理;其次,综述了铝颗粒云燃烧的实验、理论和模拟研究进展,从不同维度分析了影响颗粒云火焰速度的关键参数,并提出颗粒云燃烧的研究方向,包括提升颗粒云燃烧实验颗粒分散均匀性与表征精度、降低火焰传播速度等实验结果散差、改善颗粒云燃烧理论预测模型精度及构建实用的颗粒云燃烧模拟CFD模型。     

GAP/AN推进剂燃烧波温度分布研究

利用先进的双钨铼微热电偶技术, 研究了ＧＡＰ／ＡＮ 推进剂的燃烧波温度分布。ＧＡＰ／ＡＮ推进剂的燃烧波可以分为凝聚相反应区、暗区、气相反应区。硝酸酯ＢＧ及高氯酸铵对ＧＡＰ／ＡＮ 推进剂的燃烧波结构有显著的影响,硝酸酯ＢＧ导致推进剂的燃速降低,压强指数升高;高氯酸铵的影响恰好相反。凝聚相反应的温度梯度及暗区厚度是影响推进剂燃速及压强指数的主要因素。     

过氯酸铵粒度对丁羟复合固体推进剂侵蚀燃烧的影响

用透明窗发动机及高速摄影装置研究过氯酸铵粒度对丁羟复合固体推进剂侵蚀燃烧的影响,得出了不同过氯酸铵粒度推进剂的侵蚀比与气流速度及压力的关系式.结果表明,复合推进剂中过氯酸铵粒度越大,其燃速对气流速度和压力越敏感,即侵蚀越严重;过氯酸铵粒度越大,其侵蚀界限速度越小,即其越易发生侵蚀;每种过氯酸铵粒度的推进剂,其侵蚀界限速度均随压力的增大而减小.