新型高燃速推进剂在固体发动机内燃烧特性研究

新型高燃速推进剂是一种采用小球粘结、无溶剂挤成型的复合改性双基推进剂,20℃、6.86MPa下用靶线法实测静态燃速为46.25mm/s。为研究这种新型高燃速推进剂在发动机内的燃烧特性,在不同燃通比和燃喉面积比的装药条件下,进行了发动机试验,获得了相应的压强-时间曲线。分析结果表明,该推进剂在火箭发动机内不同压强下可出现3种完全不同的燃烧类型,即类似于双基推进剂的平行层燃烧、类似于超高燃速推进剂的对流燃烧和有限对流燃烧,并给出了3种燃烧类型的判断条件。     

多孔超高燃速推进剂的燃烧理论

概述了有关多孔透气性超高燃速推进剂的代表性燃烧理论,其包括对流燃烧理论、两相流燃烧理论和非均一燃烧理论,介绍了它们的基本观点和主要结果,指出了彼此间的差异。     

多孔超高燃速推进剂代料的双螺杆混合工艺初探

研究了多孔超高燃速推进剂代料的双螺杆混合挤出工艺。分析了双螺杆混合PVC／KCl代料的密度、微孔结构和混合优度，并且与超高燃速推进剂的密度、微孔结构和混合优度做了对比。研究表明调节双螺杆混合挤出工艺参数可以控制多孔代料的密度，双螺杆混合挤出技术可用于制造多孔超高燃速推进剂，并且双螺杆的混合效果明显优于手工混合。     

CuO结构特性及其对固体推进剂的催化特性

为了解不同粒度和不同形态下CuO的催化能力,采用热重/差热联用(TG/DTA),水下声发射实验方法,研究了普通球形CuO、球形纳米级CuO、棒状纳米级CuO对A3、PBT、HMX、AP等含能材料的热分解影响,并测试了不同种类CuO对固体复合推进剂燃烧速率的影响。结果表明,CuO类催化剂均能催化A3、PBT、HMX、AP等含能材料的热分解,但催化效果和CuO的形态关系密切,和粒度关系不大;棒状纳米CuO可有效地提高推进剂的燃速;而球形纳米CuO只在低压条件下可提高推进剂的燃速,高压下反而抑制了推进剂的燃速。     

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。     

超声波法测量燃速初探

针对国内首次引进的超声波实时燃速测量系统编写了测试软件,用水作为被测试对象,进行了退移速率测量,分析了超声波测量燃速的主要影响因素。结果表明,测量精度主要受材料中声速的约束,声速会受到材料应力(压强)和温度的影响。该软件可以用于厚度、材料内声速和实时燃速测量。     

氧化剂和团聚硼粒度对富燃料推进剂燃速特性的影响

考察了细AP和团聚硼含量对含硼富燃料推进剂燃速特性的影响.结果表明,随细AP含量和团聚硼含量的增大,推进剂燃速增加,燃速压强指数也呈增加趋势.同时,以BDP模型为基础,将硼粒度对推进剂燃速特性的影响引入燃速表达式,表达式表明细AP和团聚硼有利于提高氧化剂的燃烧表面积在燃面上的比例,从而有利于提高推进剂的燃速.     

热辐射对复合推进剂燃速的影响

本文介绍以 CO_2激光器为辐射热源来研究在1.0,2.0,3.0,4.0MPa 压力下热辐射对四种复合推进剂燃速的影响.实验结果表明,燃速随着辐射热流的增加而增加;在恒辐射热流的作用下,PU 和 HTPB 推进剂在有、无热辐射时的燃速比随压力的变化趋势是不同的,前者随压力上升而增大,后者则减小;Al 粉的加入不改变上述趋势,但改变燃速比的大小.文中还运用 GDF 燃速模型。研究了药条燃速在有、无热辐射时的相关性及其随压力的变化关系.     

低燃速高固体含量HTPB推进剂

对大型发动机用的低燃速高固体含量HTPB推进剂进行了研制。采用超支化SU-2助剂降低推进剂药浆粘度为提高配方固体含量的方式,优化SU-2助剂含量,研制出固体质量分数89%的推进剂配方。依据抑制AP分解的质子转移机理,分别用高氯酸烷基胺衍生物A1N、草酸铵T29降燃速剂,获取低燃速HTPB推进剂,针对试验得到的推进剂性能数据,分析了单项降燃速剂的推进剂燃烧性能存在不足,提出了选用价廉的高氯酸烷基胺衍生物A1N/草酸铵T29/细AP复配方法,既降低燃速又能降低压强指数。经装药试验验证,获得6.86 MPa燃速5.185 mm/s,3～11 MPa压强指数0.328,密度≥1.80 g/cm3,20℃最大拉伸强度σm≥1.0 MPa,-40℃最大伸长率εm≥61.0%;5 h使用期粘度为2625 Pa·s;综合性能优良的高固体含量低燃速HTPB推进剂。以提高推进剂固体含量增加密度,增大HTPB推进剂比冲的设计方法,可供低燃速HTPB推进剂的发动机借鉴。     

固体推进剂动态燃烧的实验研究

对固体推进剂的动态燃烧进行了理论分析和实验研究,建立了推进剂动态燃烧的理论模型,并推导出了推进剂动态燃速公式.实验研究中发现推进剂燃烧过程中压强变化率对其燃速有显著影响,且压强变化率越大,影响也越明显;动态燃速要比静态燃速最多可高出40.2%(MDB)和17.7%(复合推进剂).     

双燃速固体火箭发动机内弹道计算方法

本文从工程应用的角度给出了双燃速发动机内弹道近似计算方法.推导了双燃速发动机的平衡压强关系式.分别描述了串装式和套装式双燃速发动机中的再生燃面及特殊燃面,并给出了这些燃面的近似求解方法和发动机的内弹道计算.     

GAP/CL-20高能固体推进剂燃烧性能影响因素

采用水下声发射法测试了推进剂静态燃速,用线性回归法计算了推进剂燃速压强指数;研究了GAP/CL-20高能固体推进剂中增塑比及固体组分AP、CL-20、Al粉粒度等配方组成因素对燃烧性能的影响。研究结果表明,增塑比一定范围内的变化不会对推进剂燃烧性能产生显著影响,其燃速和燃速压强指数基本不变;CL-20粒度减小或AP粒度增加均会导致燃速不同程度的降低,Al粒度减小也会使燃速减小,但在达到一定程度后,燃速又增加;推进剂燃速压强指数随CL-20、Al粉粒度减小和AP粒度增加而减小,并对其燃烧性能的影响机制进行了简单分析。     

复合推进剂燃烧性能与组分热分解特性的关系实验研究

应用常压和高压差热分析技术研究了催化剂对推进剂组分热分解的影响,测定了催化剂共晶和混合加入时相应推进剂的燃速,分析了热分析与推进剂燃烧过程的异同点,引入高氯酸铵(AP)高温分解起始温度(T_(L-H))的概念并以T_(L-H)衡量了催化剂共晶加入时对丁羟推进剂燃速和压力指数的影响.研究表明,AP高温分解过程对复合推进剂燃烧特性影响较大;热分析与燃速相关性和催化剂加入方式有关;共晶催化剂作用下的复合推进剂燃速特性与氧化剂高温分解有密切关系;压强是影响推进剂燃速和热分解相关性的重要因素,高压下AP高温分解过程和变化能更大程度地反映到推进剂燃速中去。本文同时对产生上述现象的原因作了分析。     

固体组分含量对GAP/CL-20推进剂燃烧性能的影响

利用水下声发射法测试静态燃速、线性回归法计算燃速压强指数,研究了GAP/CL-20高能固体推进剂中的固含量,固体组分AP/CL-20、CL-20/Al、Al/AP相对含量等配方组成因素对其燃烧性能的影响。结果表明,固含量在一定范围内升高,使燃速和燃速压强指数均升高;AP/CL-20中AP、CL-20/Al中CL-20含量的增加,均使燃速升高,而燃速压强指数下降;Al/AP中Al含量的增加,使推进剂的燃速下降,而燃速压强指数升高。最后,对GAP/CL-20高能固体推进剂燃速的主导机制进行了简单分析。     

固体火箭发动机燃速相关性研究述评

本文对固体火箭发动机燃速相关性研究中的统计回归分析相关法、理论模型相关性、热辐射相关法和性能预示相关法等进行了较全面的评述;指出了燃速相关性研究的方向.     

前台阶内型面对固体燃料冲压发动机燃烧性能的影响

为研究不同内型面对固体燃料冲压发动机燃烧性能的影响,以聚乙烯(PE)为固体燃料,设计了前台阶内型面结构,采用数值仿真与地面直连式实验相结合的方法,分析了不同药柱台阶高度对燃料平均燃速和当地燃速的影响,得到了补燃室压强随时间的变化规律。研究结果表明,固体燃料台阶高度越高,平均燃速越大;在台阶前段,当地燃速较小,随着轴向位置的推移,当地燃速逐渐增大,在台阶处达到最大值,台阶之后,当地燃速逐渐减小;靠近台阶处,台阶高度越高,燃烧室内化学反应越充分。     

复合固体推进剂初温影响燃速和压力指数的模拟计算分析

以“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、A1含量、A1粒径及压力对“AP/A1/HTPB/催化剂”系列推进剂的燃速温度敏感系数λ_P和压力指数的影响规律,并导出了λ_P与燃面温度T_s、凝聚相反应热Q_s和dQ_s/dT_0间的关系式.     

以静态燃速预示固体发动机燃速

对同一工艺条件下大量的药条燃速、φ127 mm发动机燃速和全尺寸发动机燃速进行了测试和研究,对不同截面尺寸的药条燃速测试结果和精度进行了比较。结果表明,当选择合理的药条截面尺寸时,药条燃速与全尺寸发动机燃速间具有满意的相关性,可对全尺寸发动机燃速进行预示。研究结果可用于固体发动机工程实际。     

变燃速发射药燃烧性能计算及实验研究

为研究管状变燃速发射药的能量释放规律,根据其结构特点建立燃烧模型,采用理论计算方法分析管状变燃速发射药外内层燃速比及长径比对其燃烧性能的影响规律;采用挤压成型工艺制备了不同硝基胍含量的管状变燃速发射药,并进行密闭爆发器实验。结果表明,模拟计算中管状发射药的外内层燃速比K=0.2,长径比n=8. 0时,发射药相对燃烧表面较为理想,燃烧渐增性相对较强,添加NQ变燃速发射药密闭爆发器实验结果与模拟计算结果有较高契合度。     

热分析技术在复合推进剂燃速调节剂研究中的应用

本文概述了热分析技术在预测复合推进剂燃速调节剂的作用效率,测定燃速调节剂对凝聚相界面反应的影响,以及探索燃速调节剂作用机理等方面的应用.