含1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)推进剂能量特性计算研究

利用国军标方法及CAD系统软件,在标准条件(pc/po=70:1)下,计算了含1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)的各类推进剂的能量特性.发现TNAZ单元推进刺的理论比冲为2 700.2 N·s/kg,与DNTF单元推进剂接近;用TNAZ取代丁羟复合固体推进剂中的AP,比冲可提高37.9 N·s/kg;用TNAz取代NEPE推进剂中的AP,推进剂最大理论比冲可达2 671.1 N·s/kg;NC/NG/TNAZ组成的无烟改性双基推进剂比冲可达2 573.6 N·s/kg;由GAP/TNAZ/BDX组成的无烟推进剂,在很宽的范围内都可得到2 600 N·s/kg以上较高的理论比冲值.研究结果表明,TNAZ在高能推进剂尤其在高能无烟推进剂中有着广阔的应用前景.     

小推力长时间工作固体火箭发动机初步试验研究

为了实现小推力固体火箭发动机的长时间工作,对4种采用复合推进剂端燃药柱的发动机进行设计和试车.工作时间分别达到75、105、145、235 s.试验结果表明,该发动机设计方案合理,采用这种C/C喉衬的复合结构喷管实现长时间工作是完全可行的.其中,75 S发动机的地面比冲为2 217 N·s/kg;145 s发动机的地面比冲为2 236 N·a/kg;235 s发动机的地面比冲为2 147 N·s/kg,性能测试结果基本满足发动机总体指标要求.此外,在试验过程中,还获得了C/C喉衬的烧蚀和绝热层的烧蚀炭化规律,为后续开展长时间工作固体火箭发动机研究提供了重要参考.     

自由分子流微电热推力器工作特性和性能研究

微推进地面试验系统由推进剂贮存供应控制单元、电源供应控制单元、虚拟仪器测控单元和推力器等组成。通过FMMFL的设计加工和地面试验系统建设,在大气状态下,对FMMR的工作特性和性能进行研究,并与理论分析和数值模拟计算结果进行了对比分析。研究结果表明,在大气状态下,基于MEMS的薄膜温度传感器和薄膜加热器工作稳定;当输入功率为14．6W,工作压强为100Pa时,推力器工作温度为600K。推进剂工质为N2时,质量流量为3．720mg／s,比冲为54．254s,推力为1．979mN;推进剂工质为H2O时,质量流量为2．976mg／s,比冲为68．163s,推力为2．000mN。FMMR的各项性能参数与理论分析结果一致。通过优化设计和系统集成,FMMR的性能将得到进一步提高。     

燃气自增压混合火箭发动机特性及关键技术分析

针对燃气自增压混合火箭发动机,建立了性能计算模型,对该型发动机的比冲性能及推力调节性能进行了研究,并系统梳理了该型发动机存在的主要关键技术。计算结果表明,燃气混合火箭发动机具有比常规固体火箭发动机更高的比冲性能,其中氧化剂采用N2O时,可同时兼顾高比冲和高体积比冲的优势;相对于传统的固液混合火箭发动机,燃气混合火箭发动机的理论比冲略低,但具有更高的体积比冲;合理选用燃气发生器中推进剂的燃速压力指数,可确保推力调节过程中氧燃比不发生大幅变化。     

高氯酸铵分解与NEPE推进剂氧化交联机理研究

基于密度泛函理论中的GGA/PBE和B3LYP方法,对高氯酸铵(AP)分解的质子转移过程及其分解产物引起的硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂固化体系PEG-TDI的氧化交联过程进行了分子模拟分析,以理清AP分解初始反应和NEPE推进剂中氧化交联反应机理。结果表明,分子结构和键离解能(BDE)计算结果显示,H4原子的转移是AP初始和再次质子转移过程的主要发生点; AP分解产物引起的PT氧化交联过程可划分为三个阶段:NO2分子引起的H原子夺取反应、O原子引起的氧化反应、交联反应; H原子夺取反应为NO2分子夺取PT分子的α—H、β—H,生成P1(—C·)和P2(—N·)两种带正电荷基团;氧化反应为O原子分别与P1和P2基团发生反应,生成P3(—C—O·)和P4(—N—O·)两种带负电荷基团;交联反应是在H原子夺取反应和氧化反应基础上发生的,最终生成—C—O—C—、—C—O—N—以及—N—O—N—三种结构链。     

含锆或氢化锆推进剂的能量特性分析

通过CEA软件,研究了Zr粉和Zr H2粉含量、压强及HTPB含量等对含锆或氢化锆推进剂的比冲、密度比冲和燃烧室温度等能量特性的影响。计算结果表明,随着Zr粉、Zr H2粉和Zr/Zr H2混合物含量增加,推进剂比冲下降,但密度比冲呈现先增后减的趋势,含Zr推进剂燃烧室温度先增后减,而含Zr H2推进剂燃烧室温度持续下降;相比于含Al推进剂,密度比冲是含锆或氢化锆推进剂一个显著优势;随着压强增大,能量特性参数均呈现增大趋势;随着HTPB含量减小,推进剂能量特性参数均增大。     

3,3'-二硝胺基-4,4'-偶氮呋咱二肼盐的合成、表征及性能研究

以二氨基呋咱(DAF)为原料,经氧化、硝化、中和反应合成出3,3'-二硝胺基-4,4'-偶氮呋咱二肼盐(Hy2DNAAF),对其结构进行了表征,并对其热性能、机械感度性能、爆轰性能、单元推进剂和Hy2DNAAF-CMDB推进剂的性能进行了研究。结果表明,Hy2DNAAF的热分解峰温为208℃,特性落高为25.7cm。Hy2DNAAF的理论爆速为8635m/s,理论爆压为32.61GPa,Hy2DNAAF单元推进剂的理论比冲为2717N·s/kg,特征速度为1734.3m/s。Hy2DNAAFCMDB推进剂的理论比冲为2 522.9N·s/kg,特征速度为1591.1m/s。     

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。     

固体火箭超燃冲压发动机硼基贫氧推进剂配方优选试验研究

针对固体火箭超燃冲压发动机中高焓多相超音速燃烧组织难题,通过改进含硼固体贫氧推进剂配方,为硼颗粒的点火燃烧提供良好的微环境,以进一步缩短硼颗粒的点火延迟时间,开展了三种推进剂配方的直连试验研究。试验结果表明,在5～10μm粒径的基础上,进一步降低硼颗粒粒径至1～2μm,使颗粒的随流性增强,并使得掺混均匀度降低,抵消了硼颗粒粒径减小带来的燃烧性能优化作用;提高一次燃烧效率,使得一次燃气温度提升,硼颗粒的点火燃烧微环境得到改善,显著提高了一次燃气的超音速补燃效率。在试验工况下,硼颗粒的燃烧效率由基础配方的61.2%提高至83%,计算得到的发动机名义比冲由6016 N·s/kg提高至7996 N·s/kg,使其超音速燃烧性能得到了显著提高。     

高性能液体远地点发动机技术发展

液体远地点发动机的性能提高具有显著的经济效益和社会效益.通过使用高性能喷注器、高效燃烧室和新型耐高温材料,国外采用N2O4/MMH推进剂的液体远地点发动机最高比冲已达到323 s.分析了国外高性能液体远地点发动机性能特点和关键技术,介绍了我国第3代490 N发动机的研制情况,结合工程应用要求和研制现状,提出了第3代490 N发动机的后续研究重点.     

三乙胺与硝酸-27S自燃技术研究

三乙胺和硝酸-27S作为自燃推进剂可应用于火箭发动机中。对这两种自燃推进剂的燃烧性能进行了研究,应用逐步逼近法计算其热力性质,当最佳混合比为4．1,燃烧室压力为4．5MPa时,最佳海平面比冲为2786m／s。通过试验证明了三乙胺和硝酸-27S自燃技术的可行性。     

利用TDLAS技术评估火箭基组合循环发动机试验性能

针对宽范围工作的火箭基组合循环（RBCC）发动机推力、比冲和燃烧效率等性能难以通过关键参数的实时测量直接计算的问题,提出利用可调谐二极管激光器吸收光谱（TDLAS）技术实现发动机燃气温度、H2O组分浓度和速度多参数同时实时在线非接触式激光光谱测量方法,搭建用于RBCC地面试验性能分析的时分复用-扫描波长TDLAS系统。通过试验获得的(7444.352+7444.371)/7185.597cm -1 谱线附近吸收光谱,从而得到燃气温度、H2O组分浓度和速度参数,并结合数值模拟方法确定的流场参数纵向分布,实现基于关键参数在线测量的发动机性能直接计算。该方法有助于评判燃烧组织和结构改变对发动机性能的影响。     

SMC模式下RBCC发动机4Ma工况性能仿真

为研究SMC模式下火箭混合比对RBCC发动机性能的影响规律,完成了氢/氧火箭推力室中心布局、二元定几何结构模型发动机飞行马赫数Ma0=4、高度H=17 km弹道点流场仿真,获得了不同火箭混合比(MR=2、3、4、5、6、8)及燃烧室长度的推力、比冲性能.研究表明:在火箭燃气富燃条件下(MR<8),产生了正的火箭推力增益...     

基于碳氢燃料裂解工作的ATR发动机性能分析

提出了一种基于碳氢燃料裂解气体驱动涡轮工作的ATR发动机方案,并对特定裂解气成分的碳氢ATR发动机性能进行计算,获得了裂解气中烷/烯比对发动机性能的影响规律。结果表明,在同一飞行条件下,随着发动机转速上升,推力逐渐上升,比冲基本呈减小趋势;在同一转速下,碳氢燃料裂解气中烷/烯比越大,发动机比冲越高。在烷/烯比4、转速百分比70%条件下,发动机比冲最高达到约7 644 m/s;随着烷/烯比逐渐升高,裂解气比热容逐渐升高。     

双组元离心式喷注器10 N发动机偏工况试验

根据国内外同类发动机研制经验,双组元10 N发动机在入口压力为0.8~2.2 MPa范围内,入口压力偏差会使发动机真空比冲、燃气温度等性能产生较大变化。为了获得双组元离心式喷注器10 N发动机在落压推进系统要求的入口压力范围内性能,通过采用小流量喷雾试验台和42 km高模试验台,对偏工况条件下的冷态性能及热试性能进行试验研究。试验结果表明:该发动机额定入口压力1.58 MPa时真空比冲为2881 N·s/kg;当入口压力在0.6~2.5 MPa变化时,对应真空推力从4.7 N增加到14 N,落压比为3;入口压力0.6 MPa时真空比冲为2600 N·s/kg,入口压力2.5 MPa时真空比冲为2956 N·s/kg;入口压力在0.6~2.5 MPa试验范围内,发动机燃烧室壁温均低于材料许用温度,表明发动机热设计优良,可满足双组元落压推进系统对姿控发动机的性能需求。     

N2O/C3H8发动机气液同轴离心式喷嘴喷雾性能数值模拟研究

采用数值计算方法对氧化亚氮/丙烷（N2O/C3H8）发动机样机气液同轴离心式喷嘴的喷雾性能进行了研究,得到了环缝外喷嘴气相喷注压降和内喷嘴缩进深度对离心式喷嘴喷雾流场的影响.分析结果表明,较低的气相喷注压降（＜0.3 MPa）会显著的影响液滴在流场中的蒸发速率以及流场流强、混合比、索太尔平均直径（SMD）和n值的分布;气相喷注压降从0.3 MPa增加至0.6 MPa,稳定喷雾流场液滴SMD和n值分别在2.41～1.68,2.03～0.98范围内变化并逐渐减小.内喷嘴缩进深度从0 mm增加至6 mm,稳定喷雾流场液滴的SMD和n值受其影响较小,均分别在1.70～0.94,2.36～0.99范围内波动.喷嘴的最佳燃烧区主要分布在下游轴向位置0.015～0.035m范围内并随着气相喷注压降的升高和内喷嘴缩进深度的增大逐渐靠近喷嘴出口.该设计喷嘴在发动机热试实验中表现出很好的性能.     

Martian CH(4): sources, flux, and detection

Recent observations have detected trace amounts of CH(4) heterogeneously distributed in the martian atmosphere, which indicated a subsurface CH(4) flux of ~2 x 10(5) to 2 x 10(9) cm(2) s(1). Four different origins for this CH(4) were considered: (1) volcanogenic; (2) sublimation of hydrate- rich ice; (3) diffusive transport through hydrate-saturated cryosphere; and (4) microbial CH(4) generation above the cryosphere. A diffusive flux model of the martian crust for He, H(2), and CH(4) was developed based upon measurements of deep fracture water samples from South Africa. This model distinguishes between abiogenic and microbial CH(4) sources based upon their isotopic composition, and couples microbial CH(4) production to H(2) generation by H(2)O radiolysis. For a He flux of approximately 10(5) cm(2) s(1) this model yields an abiogenic CH(4) flux and a microbial CH(4) flux of approximately 10(6) and approximately 10(9) cm(2) s(1), respectively. This flux will only reach the martian surface if CH(4) hydrate is saturated in the cryosphere; otherwise it will be captured within the cryosphere. The sublimation of a hydrate-rich cryosphere could generate the observed CH(4) flux, whereas microbial CH(4) production in a hypersaline environment above the hydrate stability zone only seems capable of supplying approximately 10(5) cm(2) s(1) of CH(4). The model predicts that He/H(2)/CH(4)/C(2)H(6) abundances and the C and H isotopic values of CH(4) and the C isotopic composition of C(2)H(6) could reveal the different sources. Cavity ring-down spectrometers represent the instrument type that would be most capable of performing the C and H measurements of CH(4) on near future rover missions and pinpointing the cause and source of the CH(4) emissions.     

燃气喷射角度对含硼固体火箭超燃冲压发动机补燃室燃烧效率的影响

固体火箭燃气超燃冲压发动机具有高比冲、结构简单、流量易调节等优点,然而在超音速空气流的补燃室中,如何让燃料更好地与空气掺混,增加颗粒停留时间,在较短时间内释放出更多的燃烧焓成为目前研究的重点。采用Realiazble k-ε湍流模型,单步涡团耗散模型,在King的硼颗粒点火燃烧模型的基础上考虑了硼颗粒在高速气流当中的气动剥离效应,利用龙格-库塔算法迭代计算硼颗粒点火燃烧过程,对燃气进气方向与轴向夹角从45°~180°的10种进气方式下的补燃室进行了三维两相燃烧流动计算,分析了各种进气角下的燃气燃烧效率、硼颗粒燃烧效率以及总燃烧效率。结果表明:当一次燃气喷射角度与轴向夹角逐渐增加时,燃气与颗粒燃烧效率逐渐增加,并在180°时燃烧效率和比冲为最高。     

固体火箭冲压发动机二次燃烧试验研究

针对某工程论证需求,分别采用缩比和全尺寸固体火箭冲压发动机,利用地面直连试验系统,开展了壅塞式固体火箭冲压发动机试验研究,采用燃烧效率和试验比冲作为评价指标,对比分析了燃气发生器进气方式与喷嘴结构、空燃比、燃气流驻留时间、尺寸效应等因素对发动机二次燃烧性能的影响。结果表明,设计的一次进气发动机能够实现高效燃烧;在测试范围内,空燃比增大发动机燃烧效率降低;延长燃气驻留时间,提高了发动机二次燃烧性能。     

稀释气体流量对低压化学气相沉积硼掺碳涂层的影响

以BCl3-C3H6-H2为气相反应体系,采用低压化学气相沉积制备硼掺碳涂层.研究了Ar气稀释流量对硼掺碳涂层沉积速度、形貌、组成和键合状态的影响.结果表明,不同稀释气体流量作用下,硼掺碳的沉积速度没有明显变化,产物形貌由致密向层状转变,硼元素含量稍有减少而碳元素含量稍有增加.沉积产物中B元素的键合方式以B-sub-C和BC2O为主.结合化学反应和气体扩散,探讨了稀释气体的作用机制,表明PyC形成反应的主导作用导致稀释气体流量对沉积速度作用不明显,而BCl3和C3H6在Ar气中扩散系数的差异导致产物形貌和组成发生变化.