RDX/AP 复合推进剂中声不稳定性的微粒抑制

为了说明微粒对于环三甲撑三硝胺(RDX)/过氯酸铵(AP)复合推进剂燃烧时观察到的高频燃烧不稳定的抑制作用,进行了本项实验研究。实验中看到了很高频率的燃烧不稳定,它是在推进剂药柱的圆形孔道中发生的10-30KH_2范围的横向波。这种不稳定性可以通过添加少量固体微粒而被有效地消除。燃烧不稳定区已确定为微粒大小和浓度的函数。在压力—微粒浓度曲线上确定了发生不稳定燃烧的临界范围。根据 Horton 和 McGie 的微粒抑制理论计算出临界条件下的抑制常数(α_(p.(?))),并由假设(α_(p.(?)))=-α_g 求出推进剂的增长常数(α_g)。     

含氟有机物对含铝固体推进剂燃烧特性的影响

为抑制高铝含量固体推进剂燃烧产物的团聚,研究铝含量为18%、含有机氟化物(OF)的固体推进剂不同燃烧区域中铝粒子燃烧的特性。利用高速摄影系统研究熔铝粒子在推进剂燃面的团聚过程;通过对推进剂燃烧火焰特定位置的低温淬熄,获得终止燃烧的含铝固体粒子,并进行形貌和成分分析;使用动态粒径测试系统、激光粒度仪分别对推进剂燃烧火焰区及最终固体燃烧产物的粒子尺寸进行了表征。结果表明,有机氟化物产生的气态氟化烃可抑制熔铝粒子在燃烧表面的团聚,可使推进剂火焰中燃铝粒子的尺寸降低约50%,固体燃烧产物中大尺寸(D≥10μm)颗粒的体积分数下降约74.2%。燃烧性能测试结果表明,有机氟化物使推进剂的爆热及理论火焰温度分别下降9.5%和8.8%,燃速也发生了降低。     

某大长径比固体火箭发动机不稳定燃烧试验研究

针对某大长径比固体火箭发动机试验过程中出现的压强异常升高、推力异常振荡、工作时间大幅缩短的现象,通过试验数据分析、声腔模态分析、大涡模拟(LES)及单项试验验证等多种手段,分析了发动机燃烧室内阻尼因助推级工作结束、喉通比减小等因素而降低,使得阻尼小于推进剂燃烧增益是导致某大长径比发动机发生不稳定燃烧的主要原因。同时,提出了可以通过优化续航级推进剂配方解决发动机不稳定燃烧。随后,通过T型燃烧器试验筛选,获得了一种低压强耦合响应函数的续航级推进剂配方,并使用该配方开展了一系列验证试验。试验结果表明,在更换压强耦合响应函数较低的新配方后,参与试验的多发发动机未发生不稳定燃烧,通过更换配方解决发动机不稳定燃烧的措施有效。     

两种含铝复合推进剂压强耦合响应的实验对比

基于T型燃烧器双脉冲外部激励的方法,对2种含铝HTPB复合固体推进剂开展对比实验研究,分析比较其压强耦合响应特性的差异。在7 MPa条件下成功地开展了4次试验,获得了2种推进剂在T型燃烧器中的衰减常数和燃面增益常数。结果表明,由于推进剂配方中AP粒径分布存在差异,这2种推进剂的压强耦合响应常数存在差别。其中小粒径AP含量较多的推进剂更易产生不稳定燃烧现象。这一实验现象与发动机真实工作情况的表现是一致的。2种推进剂的凝相燃烧产物在发动机中的行为也表现出较大差异。     

复合固体推进剂燃面上复盖分数的确定

本文基于PU/AP和HTPB/AP复合固体推进剂在不同压力下中止燃烧的燃面采用X射线光电子能谱的测试结果,对燃面上氧化剂AP颗粒表面受熔化粘合剂复盖的面积分数进行了半定量计算。结果表明,在燃烧压力大于1.96MPa时,两种推进剂燃面上的粘合剂复盖分数,随压力上升而增加。这一结果将有助于复合固体推进剂稳态燃烧模型的深化和改进。     

BAG-ZD改性铝基复合燃料固体推进剂的力学性能研究

固体推进剂中的铝粉会在其燃烧表面发生团聚凝结,从而导致推进剂燃烧不充分、能量释放效率不理想,并且团聚形成的大颗粒铝凝团还会对固体火箭发动机的绝热层和喷管造成严重的冲刷烧蚀,进而引起导弹武器的空中爆炸、解体等严重后果.为解决铝粉在固体推进剂中应用存在的燃烧效率低、能量释放效率不理想等问题,常采用含氟化合物对铝粉进行表面包...     

含负压力指数的复合固体推进剂的稳态燃烧机理

为了研究含负压力指数的高氯酸铵(AP)复合固体推进剂的稳态燃烧机理,采用扫描电子显微镜对中断燃烧样品进行了研究,并利用自发光或激光阴影的单幅近距摄影术对燃烧中样品进行了观察。发现已熔粘合剂对AP表面的复盖并不是聚氯酯(PU)推进剂在“mesa”区所特有的现象;而是在更广大的范围内出现的普遍现象。指出局部复盖并不一定造成局部熄火,进而提出了一个综合考虑粘合剂对AP表面的复盖和复盖下存在凝相反应及反向气化的理论模型。该模型可用于包括易熔粘合剂在内的AP复合推进剂。具有能说明“平台”、“mesa”和正常的燃烧行为,分析初温、AP颗粒尺寸对燃烧特性影响的能力。而且,也能够成为研究包括“mesa”推进剂在内的侵蚀燃烧与不稳定燃烧问题的基础。     

固体推进剂铝基燃料高效燃烧的研究进展

铝基燃料作为含能添加剂在固体推进剂中能大幅提升火焰温度,增大发动机比冲,提升推进剂的总体能量。然而,铝基燃料在燃烧过程中经常出现燃烧不完全、燃烧速率低、点火温度高及团聚等现象,严重影响了燃料的燃烧效率。从各个维度总结了铝基燃料燃烧的最新研究进展,指出了各因素的作用原理。介绍了铝基燃料在固体推进剂中的燃烧机理,评述了铝基燃料尺寸、高氯酸铵(AP)颗粒尺寸与级配、表面氟化物包,以及金属氧化物添加剂对铝基燃料燃烧效率的影响。结果表明:采用铝粉表面改性、调节颗粒尺寸与级配、添加多元氧化剂等能有效提高铝基燃料燃烧效率。     

降速剂对低燃速NEPE推进剂高压燃烧性能的影响

添加降速剂和调节RDX/AP含量是调节NEPE推进剂燃速的两种常用途径。采用水下声发射燃速测试仪、密闭燃烧器、BSF φ75 mm发动机等测试方法,研究了低燃速NEPE推进剂静态高压燃烧性能规律和发动机动态高压燃烧稳定性。研究发现,NEPE推进剂的中低压区燃速随着降速剂含量增大而显著降低,高压区燃速降低幅度相对较小,燃速-压强(r-p)曲线在15 MPa和45 MPa出现两个拐点,而且降低RDX含量对降低高压段燃速作用显著。BSF φ75 mm发动机试车结果表明,低RDX含量的C1配方(28%)最大工作压强不超过20 MPa,而高RDX含量(38%)的C4配方最大工作压强达到30 MPa。发动机稳定燃烧的最大压强随NEPE推进剂的燃速降低而下降,主要原因是低燃速推进剂铝粉燃烧效率降低使凝聚相燃烧产物含量和粒度增大。     

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。     

预测固体推进剂火箭发动机侵蚀燃烧的数值法

对于固体推进剂火箭燃烧可采用一维模型预测固体推进剂火箭发动机的侵蚀燃烧特性。用取决于不同燃烧速率的速度来表示固体推进剂的侵蚀燃烧。数值积分控制偏微分方程就可得到分析结果。使用非定常公式预测固体推进剂侵蚀燃烧特性。计算了各种不同药形的复合推进剂和双基推进剂的侵蚀燃烧特性。测出了各种不同药形装填密度(药柱初始通孔面积与喉面积之比)对压力时间曲线的影响。现有分析指出,装填密度是确定某一特定药形及化学成分的推进剂侵蚀燃烧特性的最重要参数之一。研究表明低燃速推进剂比高燃速推进剂反映出具有较大的侵蚀燃烧效应。同时也表明长方药形与圆柱药形相比具有较大的初始压力峰,相反压力很快就稳定到一般与装填密度无关的平衡压力。     

复合固体推进剂脱湿过程细观建模与损伤定量表征

复合固体推进剂脱湿涉及导弹武器的贮存和使用情况。针对复合固体推进剂脱湿过程细观建模与损伤定量表征开展研究。首先为研究复合固体推进剂在外界载荷作用下的细观损伤演化规律,基于随机序列吸附法、热膨胀原理和分步填充的思想,实现了高体积分数颗粒填充,并通过几何合并的方式,加入粘合剂基体和颗粒/基体界面,建立了高体积分数固体推进剂三维细观结构模型。该细观几何模型将固体氧化剂(AP)颗粒与羟基封端的聚丁二烯(HTPB)粘合剂基体的连接界面处设定为内聚力单元,基于双线性损伤内聚力模型,考虑粘合剂基体与时间相关的粘弹特性,开展了不同应变率下固体推进剂的颗粒/基体界面脱湿数值模拟。提取内聚力界面单元高斯积分点的几何体积和刚度衰减率SDEG数据,定义固体推进剂材料内部脱湿面积,对其细观损伤进行了定量表征。结果表明,该三维细观结构模型能有效表征固体推进剂的细观结构。在外界载荷作用下,颗粒/基体界面脱湿容易出现在大颗粒及颗粒比较密集的区域,界面损伤导致颗粒承载能力下降,且应变率越高,推进剂内部越容易出现损伤。     

翼柱型药柱固体火箭发动机不稳定燃烧研究

列举了3种高装填、大长径比、翼柱型药柱、复合推进剂固体火箭发动机不稳定燃烧的现象,对其不稳定燃烧现象进行了频谱分析,将3种不稳定燃烧定位为中频、纵向声不稳定。分析认为,不稳定燃烧取决于发动机的设计固有频率及发动机燃烧室内部声能的各种增益和衰减之间的消长关系。抑制不稳定燃烧的有效途径是改变声腔的固有频率和减少声能增益、增大声能损耗。通过采取修改药柱结构以改变燃烧室声腔的固有频率和增大喷管阻尼的措施,使发生的不稳定现象得到了很好的抑制,可为同类发动机研制提供借鉴。     

复合推进剂低频燃烧不稳定性试验研究

小型无喷管火箭发动机的独特特性之一表现在瞬态燃烧能从稳态变化到低频整体不稳定方式。闭环反馈系统模型中有两个传递函数:燃烧速率的压力—耦合函数和发动机质量守恒的一阶滞后传递函数,根据反馈系统稳定图上的工作线可对这个现象进行理论解释。当把传统的压力—耦合响应函数应用于第一个函数时,发现经过一次简单燃烧试验就可确定响应函数的参数。试验中采用了四种不同的复合推进剂,其中推进剂的氧化剂颗粒大小分布各不相同。从燃烧试验得出的数据散布在稳定图上。响应函数的参数分散不会使表面反应的活化能保持为常数。如早期报道的那样,在复合推进剂中应用公式化响应函数的有效性值得怀疑。把L型燃烧器的方法应用到无喷管火箭发动机中,可以直接测量响应函数。已经表明,低频燃烧不稳定性中一维传热起主要作用,同时因复合推进剂结构不均匀引起的付效应也存在。由于振荡频率与中等大小氧化剂颗粒燃烧面移动引起的特征频率重叠在一起,付效应可归于复合推进剂结构的不均匀性。     

战术导弹固体发动机燃烧不稳定研究概述

介绍了大长径比战术导弹用固体发动机中产生的燃烧不稳定,分析了燃烧不稳定产生的机理,总结了国外典型的实验研究情况及其主要结论,以及国内固体发动机燃烧不稳定的状况。结合最新的研究进展,对燃烧不稳定的影响因素开展了深入分析:分析了声涡之间的耦合作用,重点讨论了声对涡的调制作用;分析了推进剂压强耦合对燃烧不稳定的影响,讨论了压强耦合响应函数的测试方法及其与推进剂配方之间的关系;分析了金属的分散燃烧及其凝相燃烧产物对燃烧不稳定的增益和阻尼作用。针对诸影响因素,提出了进一步的研究建议。     

硝胺固体推进剂燃烧性能计算的神经网络方法

传统的燃烧模型致力于对固体推进剂燃烧的物理化学过程的数学描述，其发展往往受到对推进剂燃烧机理认识程度的限制，本文利用误差反转（ＢＰ）神经网络建模的方法建立了硝胺固体推进剂燃烧性能及其影响因素（硝胺含量、压强、硝胺重均粒径）的定量关系，而不考虑燃烧的具体过程，根据此定量关系对硝胺固体推进剂燃烧性能的计算表明，计算结果和实验值吻合得较好，这为推进剂配方的计算机辅助设计提供了一种新方法。     

含铝复合推进剂分布燃烧数值模拟

为研究发动机内含铝复合推进剂以及铝的燃烧,基于FLUENT软件,应用EDC模型和颗粒表面反应模型,建立了固体火箭发动机内流场两相流分布燃烧模型,对AP/HTPB/Al复合推进剂固体火箭发动机内流场进行了数值计算。计算结果表明,与表面燃烧相比,铝的燃烧导致发动机内出现了延长的燃烧区域,铝燃烧贯穿整个发动机燃烧室,形成分布燃烧;延长的燃烧区域导致发动机内流场分布不均匀,燃烧室是非等温的,温度由燃面附近的2600 K增长到3600 K,燃烧室核心区域温度约为3200 K;铝燃烧消耗的同时生成其他产物,也导致燃烧室内燃气组分和密度的分布不均匀;铝的燃烧是一个复杂的物理化学过程,对发动机内流场有着重要影响,颗粒相始终贯穿整个发动机,最终从喷管喷出。     

含能燃烧催化剂K_2Pb[Cu(NO_2)_6]对RDX-CMDB推进剂性能的影响

采用共沉淀法制备出一种含能配合物K_2Pb[Cu(NO_2)_6],研究其作为含能燃烧催化剂对RDX-CMDB推进剂性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、激光粒度仪、能谱仪(EDS)及高效液相色谱仪(HPLC)对K_2Pb[Cu(NO_2)_6]的结构、形貌、粒度、元素分析及纯度进行表征。将K_2Pb[Cu(NO_2)_6]采用内加法和外加法两种方式添加到RDX-CMDB推进剂中,探究其对推进剂性能的影响,进一步研究加少量不同铜盐与K_2Pb[Cu(NO_2)_6]复配后对燃速和压强指数的影响。采用靶线法、单幅放大彩色摄影技术和甲基紫法测定其静态燃速、火焰结构及化学安定性能。结果表明,制备的K_2Pb[Cu(NO_2)_6]样品形貌规整,呈立方体晶型,纯度非常高,达到100%;采用内加法将K_2Pb[Cu(NO_2)_6]添加到RDX-CMDB推进剂中,可使原推进剂压强指数降低0.115;将少量不同铜盐与K_2Pb[Cu(NO_2)_6]复配调节推进剂的燃烧性能,发现均有明显的降低压强指数和稳定燃速的效果,其中在8～12 MPa范围内,K_2Pb[Cu(NO_2)_6]和水杨酸铜复配后可使推进剂的压强指数下降至0.277;火焰结构表明,添加K_2Pb[Cu(NO_2)_6]的RDX-CMDB推进剂燃烧符合双基推进剂燃烧的一般规律;在常温常压下,含K_2Pb[Cu(NO_2)_6]的RDX-CMDB推进剂可能具有抑制燃烧火焰面积作用; K_2Pb[Cu(NO_2)_6]的高温分解产物主要是PbO和Cu O,可以协同催化调节推进剂的燃烧性能;添加K_2Pb[Cu(NO_2)_6]的RDX-CMDB推进剂的化学安定性能在标准许可范围内,对推进剂化学安定性影响不大。在该RDX-CMDB推进剂中,形貌规整的K_2Pb[Cu(NO_2)_6]是一种效果较好的含能燃烧催化剂。     

HNIW的燃烧性能研究

采用固体推进剂燃烧过程实时监测与燃速测定系统对硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)的燃烧性能和催化燃烧性能进了研究;在固体推进剂燃烧火焰温度分布测试系统中,采用对强度法对HNIW的燃烧火焰温度分布进行了测定。结果明,HNIW在低压强范围内(1-6MPa,7-13MPa,1-13MPa)有较高的压强指数,15-19MPa的压强范围内,存在一平台烧区。在1-13MPa的压强范围内催化剂OME能显著地降HNIW压强指数;HNIW的最高燃烧火焰温度随压强的升高近于理论燃烧温度,说明相对光强法更适合于测定高压条件高燃速推进剂的燃烧火焰温度分布。     

硝胺推进剂燃烧性能研究

研究了硝胺推进剂中固体组分含量和粒度对推进剂燃速和压强指数的影响，得出了含量和粒度与硝胺推进剂的燃烧性能有着密切关系的结论。定性分析了它们对推进剂燃烧性能的影响，并从理论上说明了它们对推进剂燃烧性能产生影响的原因。