乙烯-氧化亚氮层流预混燃烧过程研究

采用PREMIX模块模拟乙烯-氧化亚氮(C_2H_4-N_2O)预混体系在0. 1～1. 5 MPa下层流火焰传播速度,得到不同压力和氧/燃比下乙烯-氧化亚氮体系的火焰传播速度、火焰温度和燃烧质量流率变化。同时,采用层流火焰传播测试仪器对乙烯-氧化亚氮预混体系的层流火焰传播速度进行实际测定,通过对比火焰传播速度的测量值与计算值,验证选用模型的准确性和计算方法的可靠性。试验结果表明:所选用的USC机理模型可适应于研究预混气体层流火焰燃烧计算,当量比等于1. 18,压力0. 1 MPa时层流火焰传播速度达到最大值;当量比等于1. 18,压力1. 5 MPa时层流质量燃烧流量达到最大值;当量比为1. 35,压力1. 5 MPa时层流火焰达温度到最大值。     

空间在轨氢氧内燃机技术研究

用于空间在轨运行的氢氧内燃机是低温末级火箭流体集成系统（IVF）中的关键组件。分析了国内外空间在轨氢氧内燃机的发展现状,通过Chemkin燃烧软件仿真分析获得了氢氧内燃机设计关键参数。开展了氢氧内燃机地面点火验证试验。结果表明：氢氧内燃机具有较好的点火启动性能,通过降低混合比和压缩比能够将氢氧内燃机缸内的温度和压力控制在合理范围内。氢氧内燃机在稳定的转速下工作,所消耗的氢气、氧气质量流量小于低温贮箱的平均蒸发量。     

大推力氢氧发动机高模试验补氧燃烧过程仿真

为了研究液体火箭发动机试验富燃燃气安全处理方法,确保发动机试验过程的安全,通过对未来大推力氢氧发动机高模试验关键参数设计,确定富氢燃气补氧燃烧方案,并在此基础上建立大推力氢氧发动机高模试验富氢燃气补氧燃烧仿真模型,对补氧燃烧过程进行仿真研究,研究补氧流量和液氧喷注角度对燃烧过程及高模系统的影响,以验证补氧燃烧方案的可行性。仿真结果表明补氧补燃方案可以安全处理发动机燃气中的富氢,保证高模试验安全。并且补氧量越大,燃烧长度越小,热防护难度增加;补氧喷注角度增加对氢燃尽长度影响不大,但使设备热防护难度增大。     

气氢/液氧同轴喷注单元细节对燃烧特性的影响

为了研究气氢/液氧同轴直流式喷嘴的结构参数细节对燃烧特性的影响,对单喷嘴燃烧室的燃烧流场进行了数值模拟.重点研究了氧喷嘴缩进深度、氧喷嘴出口壁厚和氢氧喷注速度比3个参数对燃烧效率和稳定性的影响规律.研究表明：上述喷嘴结构参数细节是影响气氢/液氧同轴直流式喷嘴燃烧特性的重要因素,其中适当提高氧喷嘴缩进深度或氢氧喷注速度比对燃烧效率有显著改善,而适当提高氧喷嘴出口壁厚对燃烧稳定性有显著改善.     

氧压降对气-气喷注器燃烧过程的影响

开展气氢/气氧为推进剂的同轴剪切喷注器的热式试验研究.通过测量燃烧室压力和燃烧室壁面温度,研究在速度比一定的条件下,氧喷嘴压降变化对燃烧位置和燃烧效率的影响.研究结果显示氧压降变小使推进剂的燃烧效率提高,喷注压降变化对气-气推进剂的燃烧位置影响很小;气-气喷注器的设计可以选取小的氧喷注压降.     

氢氧同轴式喷嘴燃烧性能试验研究

为了研究氢氧直流同轴式喷嘴的结构参数和工作参数对燃烧性能的影响,进行了热试验和分析,并拟合出了喷嘴缩进深度、速度比和动量比与燃烧效率的关系。研究表明：氧喷嘴缩进深度、氢氧喷射速度比和动量比等是影响氢氧同轴式喷嘴燃烧性能的主要因素,其中喷嘴缩进深度的影响最为显著。     

富氢/富氧燃气温度对同轴直流气-气喷嘴性能的影响

通过求解使用k-ε湍流模型的Navier-Stokes方程组对采用同轴直流气-气单喷嘴燃烧室的燃烧流场进行数值模拟,对比分析了富氢/富氧燃气推进剂与常温氢气/氧气推进剂条件下的燃烧流场、燃烧室室壁和喷注面板处的燃气温度,研究了富氢/富氧燃气温度变化对燃烧流场和燃烧室热载的影响。数值结果表明:富氢/富氧燃气气-气喷嘴的燃烧性能较好,但热载较高;富氢/富氧燃气温度一定范围内提高对燃烧性能影响不明显,而热载增加。     

高压氢氧火箭发动机推力室燃烧稳定性分析

针对高压氢氧火箭发动机推力室不设置隔板喷嘴和声腔的结构方案,利用火焰传递函数+低阶声学模型的解耦预测仿真方法,分析了不同喷注参数和结构参数下燃烧室的燃烧稳定性裕度。采用非定常雷诺平均NS方程(URANS)计算同轴直流喷嘴非稳态燃烧过程以获取火焰传递函数,其中采用Soave Redlich Kwong(SRK)状态方程计算密度等物性参数;考虑到同轴直流喷嘴的火焰长度与声波量级相当,采用分布式火焰结构进行火焰传递函数建模。采用商业软件COMSOL计算加载了火焰传递函数的燃烧室声学模态,使用模态增长率为评定标准,预测燃烧不稳定性。结果表明,给定不同燃气/氧喷注速度比、混合比、相对喷嘴压降、缩进深度比、富氢燃气喷前温度等各工况下,预测得到的燃烧室均未出现燃烧不稳定现象。在推力室设计中通过增加燃气/氧喷注速度比或降低燃烧室混合比,有利于提升燃烧稳定性裕度。所做工作为高压氢氧火箭发动机喷注器设计及燃烧稳定性裕度评估提供参考。     

硼粉热特性研究

为了研究硼粒子在不同气氛下热特性,采用TGA/DSC和高压DSC对晶体硼粉和无定形硼粉两种形态,在纯氮、纯氧、空气以及氧氮混合(1∶1)气氛和3种压强下进行热分析实验;利用Kissinger法和Ozawa法计算得到无定形硼在空气气氛下的动力学参数.试验结果表明,纯氮气氛下,无定形硼与氮气会发生反应,其反应速度缓慢,放热量小.无定形硼比晶体硼的氧化反应初始温度低,氧化反应更快且更完全.不同氧气浓度条件下,随着氧气浓度的提高,无定形硼反应起始温度提前,反应速率加快,反应更彻底.增加氧气压强,可降低初始反应温度,加快反应速率,提高反应放热量.最终计算得到无定形硼在空气气氛下的活化能E、指前因子A和反应速率常数K.     

当量比对超声速燃烧室性能影响的数值研究

采用欧拉-拉格朗日法在来流Ma=2的条件下,对带支板凹腔组合结构的煤油超燃燃烧室的内流场进行数值计算,分析了燃烧室下游支板不同当量比对燃烧室燃烧流场的影响,并对燃烧室的性能做了定量分析。研究表明,随下游支板燃料当量比增加,燃烧反压对燃烧室上游影响加重,流动分离区扩大,上游燃料发生亚声速燃烧状态,且亚声速燃烧区域变大。在支板和凹腔共同作用下,凹腔后方形成了亚声速燃烧区和超声速燃烧区,当量比增加时超声速燃烧区减小,亚声速燃烧区扩大,从而有利于燃料的充分混合和燃烧。随当量比增加,燃烧室总压恢复系数和推力增加,燃料消耗率和比冲量减小。     

含硼富燃料推进剂低压燃烧模型

针对含硼富燃料推进剂低压燃烧的凝相反应和气相燃烧具有气相反应在燃面上的惰性“沉积层”中进行、气相放热主要由AP与HTPB分解产物的扩散燃烧产生的特点,以BDP模型为基础,建立了含硼富燃料推进剂低压燃烧模型,分析了“沉积层”对气相燃烧的影响。结果分析认为,“沉积层”的存在是含硼富燃料推进剂能在较低压强下维持稳定燃烧,并具有较高燃速和压强指数的主要原因。燃烧模型实质是对BDP模型的拓展,利用该模型定性解释了含硼富燃料推进剂低压下特有的燃烧现象。     

不稳定燃烧抑制剂对RDX—CMDB浇注推进剂的影响

对五种物质组成的七种单一或复合不稳定燃烧抑制剂在ＲＤＸ－ＣＭＤＢ（黑索今－复合改性双基）浇注推进剂中应用了研究，发现其中白刚玉（Ａｌ２Ｏ３）和ＳｉＣ对不稳定燃烧的抑制效果较佳。其加入方式和加入量地共不稳定燃烧抑制作用有较大的影响。当白刚 粒度与推进剂中燃烧催化剂的粒度相当时，其粒度变化对剂燃烧性能的影响较明显。且与其在螺压、粒铸推进剂中规律相似，即粒度减小，推进剂燃速增大。     

含碳酸钙的负压强指数复合固体推进剂燃烧机理

本文采用激光阴影高速摄影、扫描电子显微镜、X光电子能谱,对含和不含CaCO_(3)的三种夹心件及SO4-5A PU复合推进剂的燃烧过程、燃面形貌、化学成分和覆盖分数分别进行了研究和测定。结果表明:CaCO_(3)在低压下(〈1.96MPa)提高AP的燃速,在高压下(〉1.96MPa)起降速作用;CaCO_(3)与AP反应生成CaCl_2,并促使AP熔化;燃面上CaCl_2含量随压强上升而增加;PU熔化流动对AP表面的覆盖在mesa区内随压强而升高,在非mesa区的低压区也存在。基于以上实验结果,对含CaCO_(3)的PU负压强指数推进剂的燃烧机理进行了讨论。     

固体推进剂燃烧过程铝团聚研究进展

综述了固体推进剂燃烧过程铝的团聚和凝相燃烧产物研究进展,对现有研究中存在的局限性进行了讨论,并分析了未来的研究趋势。建议未来在以下几个方向开展系统深入的研究,包括高压下固体推进剂燃烧过程铝团聚微观动力学机理,推进剂配方对团聚影响系统性实验研究,团聚模型,铝团聚抑制方法等。非常规铝粉的使用、对铝表面进行包覆等新型的团聚抑制方法应当予以重点关注。     

预燃室低频不稳定燃烧仿真研究

为弄清燃烧不稳定性激励机制,建立了氢氧预燃室低频燃烧稳定性分析数学模型,利用MATLAB/SIMULINK集成软件包搭建仿真平台,研究了与供应系统耦合的低频不稳定燃烧。结果表明:在各种不稳定激励因素中,氧的喷注压降对稳定性影响最为显著,当其值低于某一稳定边界时,出现极限环振荡,提高氧的喷注压降可以非常有效地抑制低频不稳定燃烧;当氧的喷注压降位于稳定边界附近时,混合比将对稳定性产生一定影响,降低混合比可以较好地抑制低频不稳定;氢的喷注压降对低频燃烧稳定性影响很小。     

团聚硼对富燃料推进剂燃烧性能的影响

考察了不同粒度、不同包覆剂的团聚硼对含硼富燃料推进剂燃烧性能的影响。结果表明,随团聚硼颗粒粒度的增大,推进剂的燃速增加,低压可燃极限降低,但燃速压强指数呈下降的趋势;包覆材料AP、L iF有利于提高推进剂的燃速,降低低压可燃极限,但不利于提高燃速压强指数。     

Combustion characteristics of the end burning hybrid rockets in laminar flow

In this study, we aim to clarify the blowoff mechanism for flame spreading in an opposed laminar flow in narrow solid fuel ducts. To clarify this mechanism we conducted two experiments. First, we observed the changes of the flame spread rate at various oxygen velocities, ambient pressures, and port diameters. For flame spreading in laminar flow, combustion modes could be classified into 3 distinct regimes based on the strength of the opposed flow, i.e., chemical regime, thermal regime, and stabilized regime. This result is consistent with the result in turbulent flow. In the stabilized regime, quenching distance is almost constant despite oxygen velocity. In order to investigate the effect of ambient pressure and port diameter of fuels on blowoff limit, transition oxygen velocity is observed. As a result, transition oxygen velocity is proportional to the logarithm of the ambient pressure and port diameter. This relation is applicable despite the flow condition. Furthermore, we calculated velocity gradient at the fuel surface to reveal the determining factor of the blowoff limit in laminar flow. Consequently, velocity gradient, which is considered to dominate flow separation in laminar flow, would not be constant. This is because the velocity gradient at the fuel surface could not be evaluated by only the assumption of Hagen–Poiseuille flow but other parameters, such as vaporized fuel gas and natural convection by buoyancy should be included.     

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。     

硼粒子的点火及燃烧特性

介绍了硼的物理化学特性和燃烧机理，硼的点火延迟期长、燃烧效率低是由其本身的特性所决定的。改善硼的点火及燃烧特性可以通过控制其粒度，表面包覆、添加低燃点金属等途径来实现。采用ＧＡＰ包覆硼粒吃可以显著降低硼粒子的点火时间，提高了燃烧效率。