UDMH/NTO双组元凝胶推力器的初步探索

为了研制UDMH/NTO双组元凝胶推力器,利用理论分析、数值模拟及试验等手段对凝胶流变特性进行了初步研究;根据凝胶流变特性试验数据,利用最小二乘法拟合获得了凝胶流变特性参数;利用数值模拟研究了锥形流道锥角变化对凝胶流变特性的影响;设计了双组元凝胶推力器试验样机并完成了流量特性试验及热试车.结果表明,试验用UDMH/NTO两种凝胶推进剂流变特性较为接近;对于UDMH/NTO凝胶推进剂,通过数值模拟结果确定了最佳的锥角角度,可使凝胶平均表观粘度到达喷孔出口时降到最低;试验样机喷注器的流量特性数值模拟结果与试验值接近,说明该喷注器适合于凝胶的流动及雾化;热试车取得成功,获得了稳态、脉冲室压及结构温度等有效数据.     

凝胶推进剂模拟液直圆管压降计算及误差分析

为了建立凝胶推进剂管路流动模型,分析了凝胶推进剂模拟液在直圆管内的流动特性,并对3种模拟液在第二和第三流动区内管路流阻的计算值与试验值进行了对比分析,结果表明：在第二流动区,用幂律流变方程推导的压降公式计算值与试验值有较好的一致性;在第三流动区,可以近似用牛顿流体压降公式计算管路流阻。此外还分析了压降的误差传播系数,结果表明流变指数和管径的误差传播系数最大。     

UDMH/NTO双组元凝胶推进剂的制备及性能研究

对UDMH/NTO(偏二甲肼/四氧化二氮)双组元推进剂凝胶剂进行筛选的基础上,分别制备了UDMH与NTO凝胶推进剂,利用Brookfield流变仪研究了其流变性能;在进行了初步发动机试验后发现,氧化剂凝胶的无机凝胶剂颗粒会堵塞管路而使试验不能正常进行。通过对氧化剂凝胶的改进,重新建立了氧化剂凝胶体系并研究了其流变性能。发动机试验表明:新的UDMH/NTO双组元凝胶体系能够满足发动机设计对凝胶推进剂的要求。     

四氧化二氮凝胶推进剂的配方研究

针对四氧化二氮（NTO）的特殊氧化性,筛选了三种不同胶凝剂与NTO形成凝胶,对其流变性能进行研究,并结合发动机试验、限流圈试验、发动机头部液流试验,验证了其与偏二甲肼（UDMH）凝胶组成的双组元推进剂用于凝胶发动机试验的可行性。结果表明：单一胶凝剂和NTO形成的凝胶体系不能满足凝胶发动机的要求,而复合胶凝剂YN61＋YN71与NTO形成的凝胶体系具有粘度高、所需剪切力低的优异流变性能,基本能满足凝胶发动机的要求。     

凝胶推进剂及其模拟剂的制备和特性表征

高能凝胶推进剂的选择、制备、实验及特性表征是凝胶推进剂研究的关键环节.燃料凝胶化包括有机和无机两种胶凝剂.氧化剂的凝胶化使用了无机胶凝剂.此外选择和配制了凝胶推进剂的模拟剂,它具有与实际燃料和氧化剂相匹配的流变特性.制备了在流变学上相匹配的凝胶燃料和凝胶氧化剂、惰性凝胶模拟剂与凝胶推进剂,并对其流变学特性进行了分类.     

凝胶推进剂流变及雾化特性研究与进展

综述了凝胶推进剂流变及雾化特性研究状况与进展.对凝胶推进剂的流变学研究、雾化特性研究中的实验研究、理论研究及测量技术做了介绍,并结合当前的研究提出了一些看法.     

少铝HTPE推进剂药浆流变特性研究

通过采用稳态剪切和小振幅振动剪切方法研究了少铝端羟基聚醚(HTPE)推进剂药浆的流变性能。研究表明,少铝HTPE推进剂药浆均具有假塑性、屈服性、非线性粘弹性和触变性等流变特性。在30～65℃范围内,推进剂药浆的粘流活化能高于HTPE粘合剂的粘流活化能,分别为27.31、10.95 kJ/mol。推进剂药浆在50℃时有明显触变滞后环,而在60℃时药浆的滞后环明显减小,升高温度可降低推进剂药浆的触变程度;根据配方组成特点及触变特性,建立了药浆的触变模型。少铝HTPE推进剂药浆固化过程可分为反应初期、反应加速期和凝胶反应期,药浆的凝胶时间在750 min左右;在反应初期,药浆储能模量和损耗模量增长缓慢,化学反应速率较低;在凝胶反应期药浆的储能模量和损耗模量增长很快,短时间内到达初始储能模量和损耗模量的几十倍。     

屈服假塑性凝胶模拟液直圆管流变和流动特性分析

通过理论分析和试验研究,进行了某型凝胶模拟液在直圆管内的流变和流动特性研究。研究结果表明：该凝胶模拟液具有明显的屈服应力;由于屈服应力的作用,直圆管中心明显地分为剪切流动区和柱塞流动区,柱塞流动区半径与屈服应力成正比,与压力梯度成反比;当流量恒定时,沿程压降随屈服应力的增大而增大;当压力梯度保持不变时,流量随屈服应力的增大而减小。     

凝胶燃料的雾化特性表征

在当前凝胶燃料研究中,重点是研究凝胶推进剂雾化过程的流变特性.实验证明假塑性的、有粘性但无弹性的水凝胶具有同牛顿液体一样的雾化模式,只是它们的雾化过程难度较大.实验结果说明雾化过程深受燃料中凝胶含量和喷注器几何形状的影响.由于凝胶组分含量升高引起剪切粘度升高,索太尔平均直径(SMD)也随之增加.宽角度的收敛流喷注器需要较小上游压力来达到与三个一组对称喷嘴相同的雾化性能.本研究还验证了通过凝胶剂融合来达到理想的流变特性.     

凝胶推进剂雾化研究现状及问题

简要介绍了凝胶推进剂的流变特性,将其流动过程分为三个阶段,列举出了适用于不同剪切速率下的本构方程。介绍了双股撞击式、三股撞击气动式、同轴离心式、脉动式喷注器凝胶推进剂雾化特性研究的现状,指出了影响雾化模式的多种因素及目前研究中存在的问题。     

液体火箭凝胶推进剂燃烧特性研究进展

液体火箭凝胶推进剂燃烧特性是凝胶推进技术发展的关键问题之一。综述了液体火箭凝胶推进剂燃烧特性研究状况与进展,详细阐述了凝胶液滴燃烧机理,总结分析了凝胶推进剂燃烧特性三种试验研究方案和四种理论研究模型的特点,指出了研究凝胶推进剂燃烧特性的重要性并对进一步的研究工作提出建议。     

凝胶试验特性数据分析

针对凝胶推进剂压力损失的计算方法与常规推进剂存在很大差异,结合对非牛顿流体的理论分析,得出了凝胶推进剂在管路中的流动特性主要取决于其自身。对凝胶N2O4及凝胶UDMH液流试验的压力-流量数据,分别采用指数方程、多项式方程和直线方程三种方法进行曲线拟和、对比分析,反映了凝胶推进剂的非牛顿流体特性,对系统组建提出了一些建议,明确了凝胶试验系统试前应采用真实介质进行冷调,并为系统调试数据提供了可行的拟合方法。     

凝胶推进剂直圆管流动特性探讨

分析了非牛顿流体的类型,认为在液体火箭发动机中有应用前景的凝胶推进剂类型应是有屈服应力的牛顿流体或者幂律流体,关键在于胶凝剂。研究了直圆管中凝胶推进剂的流动特性,依据剪切速率可以将凝胶推进剂在直圆管中的流动分为三个区域。在第二流动区中,可以用幂律流体推导的流阻方程计算管路流阻;在第三流动区,可以近似用牛顿流体流阻方程计算流阻。     

凝胶推进剂粘度振动法测量技术研究

介绍了凝胶推进剂粘度测量系统的组成、原理和测量方法,重点阐述基于振动法的凝胶推进剂粘度测量原理,论证了粘度计不同安装方式对测量结果造成的影响。结合校准原理,研究粘度计在现场校准应用环境下的校准技术,并给出校准测试数据。通过试验验证,总结出凝胶推进剂粘度现场测量中减小测量误差的有效方法就是实现现场校准。     

非金属凝胶推进剂热力特性计算及分析

研制了非金属凝胶推进剂热力气动力计算软件,对某单组元和双组元凝胶推进剂进行了热力气动力计算和分析,结果表明：对计算使用的胶凝剂,胶凝剂质量含量增加,推力室真空比冲、燃烧室温度和特征速度均下降;相同条件下,当胶凝剂在推进剂中质量含量在1％～3％范围变化时,某型单组元凝胶推进剂真空比冲比原推进剂下降约0．47％～1．94％;质量含量在2％～5％变化时,在最佳混合比处,某型双组元凝胶推进剂真空比冲比原推进剂下降约1％～2．69％。凝胶推进剂的热力特性主要取决于添加的胶凝剂的化学成分和含量。     

凝胶推进剂模拟液直圆管流动特性初步研究

对某型凝胶推进剂模拟液在直圆管中的流动特性进行了理论分析和试验研究,得到模拟液在直圆管中的速度分布,定义了表观粘性和平均粘性,进行了流阻分析并定义了非牛顿流体雷诺数。通过试验考察了管长、管径对流阻的影响,得到流阻系数与雷诺数和无量纲速度比与雷诺数的关系,并对影响因素进行了分析。