推进剂中铝凝聚——燃烧的影响因素初探

本文对含铝复合推进剂中影响铝的凝聚-燃烧的重要因素-AP粒度与铝粒度-进行了探讨.结果表明,两者对铝的凝聚-燃烧过程都有很大的影响.仅凝聚程度的大小而言,AP粒度的影响是主要的,而铝粉粒度的影响是第二位的;但对燃烧完全性来说,则需综合考虑     

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。     

固体火箭发动机旋转对燃速的影响

从实验和理论两方面探讨了固体火箭发动机旋转对燃速的影响。对含铝复合推进剂在试片发动机、全尺寸装药发动机工作状态下旋转对燃速的影响进行了研究, 获得了大量实验数据。得到以下几点结论:铝粉含量相同时, 燃速敏感性随铝粉粒度增大而增大;铝粉粒度相同时, 燃速敏感性随铝粉含量增大而增大;高燃速推进剂加速度阀值高, 燃速敏感性小。      

在高燃速推进剂中粗颗粒铝粉的作用

本文用50μm铝粉作复合固体推进剂金属燃料,与大量超细氧化剂(AP)组成合理级配,改善了药浆流变特性,有利于提高燃速。50μm铝粉的推进剂药条的燃速及φ118发动机推进剂的燃速比相应的填加30μm铝粉的高2～3mm/s。讨论了50μm铝粉对推进剂工艺和燃速所起的作用。     

超细铝粉燃烧特性初探

实验和理论分析说明超细铝粉的燃烧特性不同于一般铝粉（Ｄ＝１０－３０μＭ）。其原因是在推进剂燃面铝粉的表面氧化反应产生的热量足以使超细铝粉点火燃烧，所以超细铝粉在剂燃面并发发生明显凝聚行为，而是倾向于单颗铝粒点火。因此，合理使用超细铝粉可使某些推进剂性能得到较明显的改善。     

固体火箭喷管排气中的粒子分布

1.前言 现代的固体火箭发动机为提高推进剂的能量特性及抑制不稳定燃烧，常常在推进剂中添加金属粉末，最常见的是加金属铝粉。在发动机工作时，铝粉燃烧形成凝聚相的氧化铝粒子。这些粒子在喷管中的流动过程中，温度、速度等方面的变化滞后于燃·气本身的变     

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。      

含超级铝热剂双基推进剂的感度特性

采用超声分散复合法制备了铝热剂Al/PbO、Al/CuO和A1/Bi2O3,在评估其与双基推进剂主要组分相容性的基础上,将其应用于双基推进剂中.依据国军标方法考察了含不同铝热剂双基(MIC-DB)推进剂的机械感度,运用静电火花感度测试仪评估了不同MIC-DB推进剂对静电刺激响应的危险性,采用爆发点法测定了几种MIC-DB推进剂的热感度.结果表明,铝热剂对双基推进剂样品撞击感度的影响很小,几个配方的摩擦感度略显稍大,铝热剂种类对摩擦感度的影响很小;含超级铝热剂双基推进剂的静电火花感度均较低;含超级铝热剂双基推进剂的热感度受铝粉粒度差异和铝热剂类别(铝热剂中金属氧化物)不同的影响,含纳米级超级铝热剂双基推进剂对热的抵抗能力均比微米级的大.     

影响Al2O3凝相尺寸分布的因素

用激光全息装置测量含铝复合推进剂燃烧场凝聚相的分布，分辨率为5μm。分析了滞留时间、铝粉含量（2％－16％）和燃烧室压强（0.1MPa-4MPa）对凝相粒子尺寸分布的影响，实验表明，粒子总数随滞留时间减少，粒子越大，减少的相对比例越大；粒子尺寸分布不随燃烧室压强和推进剂铝粉含量变化。     

影响Al2O3凝相尺寸分布的因素

用激光全息装置测量含铝复合推进剂燃烧场凝聚相的尺寸分布，分辨率为5μm。分析了滞留时间、铝粉含量(2%～16%)和燃烧室压强(0.1MPa～4MPa)对凝相粒子尺寸分布的影响。实验表明，粒子总数随滞留时间减少，粒子越大,减少的相对比例越大；粒子尺寸分布不随燃烧室压强和推进剂铝粉含量变化。     

固体推进剂铝团聚模型

综述了固体推进剂铝团聚研究进展,对现有研究中存在的局限性进行了讨论,并分析了未来团聚模型的趋势.铝团聚物理过程可抽象为堆积、聚集和团聚3个阶段.现有团聚模型可分为5类,分别是经验模型、口袋模型、物理模型、随机装填模型和凝相边界层模型.目前缺乏高精度、宽适用性的模型来准确预测铝的团聚过程.团聚模型未来发展的趋势应具备能够预测团聚物粒度分布和计算量小两大优势.由于能描述团聚过程的本质,物理模型具有很好的研究前景.开展了5MPa下含铝推进剂燃烧实验,采用高速显微拍摄技术获得推进剂燃面处铝颗粒的团聚直径,与Hermsen模型和Salita模型预测数据进行了比较,对于燃速分别为5.1mm/s和8.0mm/s的推进剂,Salita模型对于团聚直径的预示误差分别为8.7%和9.6%,而Hermsen模型对于高燃速推进剂的预示误差为19.2%.总体看来,Salita模型预示精度更为合理.      

片状粉末冶金的石墨烯/铝基复合材料制备过程控制与力学性能

石墨烯/铝复合材料具有强化效率高、强塑性协同提升、综合性能优异的特点,有望突破现有金属基复合材料强塑性匹配性差的瓶颈问题,但石墨烯的难于分散是困扰材料制备的重要问题。基于机械球磨工艺的片状粉末冶金技术可以将球状铝粉变成片状,实现石墨烯的均匀分散。本研究通过添加过程控制剂PDMS调控机械球磨过程,制备片状铝粉,结合压力浸渗技术制备0.6%(质量分数)GNPs/6061Al复合材料。结果表明:随着球磨时间延长,片状铝粉直径呈先上升后稳定的状态;随过程控制剂黏度上升,片状铝粉直径上升,铝粉片状化效果更明显,同时石墨烯缺陷含量先降低后上升。结合组织表征和力学性能测试,讨论了材料性能与组织结构间的关系。     

含铝固体燃料冲压发动机工作性能分析

为探究含铝固体燃料冲压发动机的燃烧特性和工作性能，基于纳米铝颗粒和端羟基聚丁二烯（HTPB）的混合固体燃料，采用雷诺转捩模型、颗粒表面反应模型和涡概念耗散模型，建立了二维两相湍流燃烧模型；数值计算分析了含铝固体燃料冲压发动机内流场，以及不同含铝质量分数和粒径下的燃面退移速率、推力与比冲。结果表明：发动机的进气条件对颗粒相的燃烧与运动起主导作用；与纯HTPB推进剂相比，添加质量分数为5%的铝颗粒能够提高补燃室压强和温度，增大燃烧室内高温区面积，可使推进剂平均燃面退移速率提高18.53%，发动机推力提高21.37%，密度比冲提高2.38%，适当增加铝颗粒含量或减小粒径，对提高推进剂燃面退移速率、发动机推力和密度比冲具有积极作用。     

基于三维格子Boltzmann铝点蚀动态数值模拟

铝作为目前最经济且应用最为广泛的材料之一,具有重量轻、耐腐蚀、导热性好、导电性好等优点。然而,金属铝在氯离子环境中容易发生点蚀。根据中性溶液中铝表面点蚀反应机理,结合液体流动和相变特性,建立了三维格子Boltzmann铝点蚀模型,研究了中性溶液中铝表面的点蚀现象,弥补了传统实验方法的不足。采用建立的腐蚀模型对整个铝点蚀过程进行了模拟,得到了不同组分的浓度分布以及不同参数与腐蚀程度的关系。结果表明：铝的腐蚀程度随接触时间的增加而增加。随着初始氯离子浓度的增加和腐蚀反应速率的增大,铝被腐蚀得更严重。三维格子Boltzmann铝点蚀模型为金属腐蚀数值研究提供了新的思路。     

Effect of particle size and oxygen content on ignition and combustion of aluminum particles

Particle size and oxygen content are two of the key factors that affect the ignition and combustion properties of aluminum particles. In this study, a laser ignition experimental system and flame test system were built to analyze the ignition and combustion characteristics and the flame morphology of aluminum particles. A thermobalance system was used to analyze the thermal oxidation characteristics. In addition, the microstructure of aluminum was analyzed by scanning electron microscopy. It was found that the oxidized products were some of the gas phase products agglomerated. Smaller particle size samples showed better combustion characteristics. The combustion intensity, self-sustaining combustion time and the burn-off rate showed a rising trend with the decrease in the particle size. Increasing the oxygen content in the atmosphere could improve the ignition and combustion characteristics of the samples. Four distinct stages were observed in the process of ignition and combustion. Small particle size samples had a larger flame height and luminance, and the self-sustaining combustion time was much longer.Three distinct stages were observed during the thermal oxidation process. The degree of oxidation for small-sized samples was significantly higher than that for the larger particle size samples.Moreover, it was observed that the higher the oxygen content, the higher the degree of oxidation was.     

低铝低燃速HTPB推进剂工艺性能影响研究

为研究固体填料粒度级配及工艺助剂对低铝低燃速HTPB推进剂工艺性能的影响,本文依据固体颗粒堆积最密集排列理论,建立了固体颗粒级配模型,结合固体填料实际粒径,计算得到两种理想刚性球的堆积结果,并在此基础上考察了不同级配配方药浆流动性及触变性。同时,通过筛选工艺助剂种类及优化最适助剂用量,对比了加入不同工艺助剂配方药浆的触变性。结果表明：当采用双二级配模型,计算出的固体颗粒级配比例最优;通过进一步优化固体颗粒级配,结合药浆触变环大小快速判定了推进剂固体级配的合理性,提高了低铝低燃速HTPB推进剂配方工艺性能的可设计性;当工艺助剂选用SU-2,且用量为0.03%时,推进剂工艺性能明显改善,适用期可达596min。     

Combustion mechanism of fluorinated organic compound-modified nano-aluminum composite particles: Towards experimental and theoretical investigations

Fluorinated Organic Compounds (FOCs) are commonly used as modifiers for Aluminum (Al) powder to improve its ignition, combustion, and agglomeration characteristics. However, the effects of FOCs on combustion and inhibition mechanisms of agglomeration of Al powder are not well understood. In this paper, based on the experimental study of Fluorinated Graphite (FG)-modified Al matrix composite particles, the combustion and aggregation inhibition mechanisms of FOCs on Al particles were studied by the quantum chemical calculation at B3LYP/6-311+G(d,P) and G3//B3LYP/6-311+G(d,p) levels. The flame behavior and single particle burning behavior of FG-modified samples were compared through ignition experiments, and the characteristic spectra of Al related oxides of different samples in the initial ignition stage were captured. It is found that FG increases the burning intensity of Al composite samples significantly, while it decreases the emission intensity of Al secondary oxides. Quantum chemical calculation results show that the thermal decomposition intermediates of FOCs, namely C₂F₄, can react with AlO and Al₂O, which weakens the characteristic emission intensity of AlO and Al₂O in the sample, and thus inhibits the formation of Al₂O₃ in the combustion process. These results contribute to enriching the combustion dynamics model of Al-FOCs reaction system.     

TiAl合金粉末射频等离子体球化过程数值模拟

采用数值模拟的方法对TiAl合金粉末的射频(radio frequency)等离子体球化过程进行研究,分析速度场和温度场对不同粒径TiAl合金粉末的运动轨迹及质量变化的影响。结果表明:粉体颗粒在等离子体的高温作用下温度急剧升高,表面蒸发导致粒径降低,太小的颗粒很快蒸发消失掉;在冷却塔下端,不同粒径颗粒的运动轨迹存在较大差异,小颗粒倾向于随气流进入气流出口,大颗粒落到冷却塔底部被收集;增大气流量会提高球化系统中的气流速度,导致在气流出口能被气流带走的颗粒粒径变大,收粉率降低;模拟得到TiAl合金粉末球化后的粉末粒径分布、平均粒径及收粉率等参数与实验结果比较接近,模型能够较好地符合实际球化过程。     

固体推进剂中铝颗粒结团过程研究进展

推进剂燃烧环境中金属颗粒的结团现象对固体火箭发动机性能有重大影响.本文对双基推进剂结团的表面反应层模型及复合推进剂结团的口袋模型进行了述评.鉴于实验中发现的某些燃速和压强效应的异常,本文还对新近提出的亚口袋机理和口袋间机理进行了述评.