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。     

含微米级铝粉丁羟推进剂燃烧效率影响因素研究

理论计算丁羟推进剂组分对凝聚相产物的影响,利用充氮气密闭装置收集含微米级铝粉丁羟推进剂燃烧残渣,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分别对残渣形貌及物相分析,并采用激光粒度仪测试燃烧产物平均粒径,研究铝粉粒度及含量、燃速催化剂含量、氧化剂级配等因素对微米级铝粉在推进剂燃烧过程团聚及燃烧效率影响。结果表明,丁羟推进剂理论生成凝聚相产物随铝粉含量增加而增加,随燃速催化剂含量增加而降低;当推进剂中铝粉含量由18%降至6%,推进剂燃烧残渣团聚颗粒尺寸由112.58μm降至79.03μm,残渣中单质铝相对含量由10.6%降至1.4%,铝粉燃烧效率由82.1%提高至97.1%;铝粉粒度由14μm增加至34μm,推进剂燃烧残渣团聚尺寸从65.24μm增加至92.14μm,推进剂燃烧残渣中单质铝相对含量由2.4%增加至5.1%,铝粉燃烧效率由95.0%降至89.5%;燃速催化剂含量由0.5%增加至2.0%,推进剂燃烧残渣团聚颗粒平均尺寸由112.56μm下降至70.12μm,残渣中单质铝含量由5.1%降至3.5%,铝粉燃烧效率由90.3%增加至93.3%;当粗粒径AP与细粒径AP比例由9∶1降至9∶4时,推进剂燃烧残渣团聚颗粒尺寸由234.21μm降至87.16μm,残渣中单质铝相对含量由8.9%降至2.9%,铝粉燃烧效率由84.4%提高至94.7%。     

高能推进剂主要组分对燃烧效率影响研究

利用燃烧残渣中活性铝含量分析、真空爆热特性和发动机试验手段，研究了高能推进剂中主要组分对推进剂燃烧效率的影响。实验结果表明，增塑剂的种类和含量是影响燃烧效率的主要因素，ＡＰ含量及固体组分的粒度级配也有明显的影响。ＢＳＦХ７５发动机试车结果表明，铝粉粒度级配的改变，可以使高能推进剂比冲效率由０．８８提高到０．９２。     

含铝复合推进剂燃烧与流动数值模拟

为了研究含铝复合推进剂在发动机中的燃烧与流动、铝金属在发动机内的多相燃烧问题,对某含铝复合推进剂发动机内流场进行数值模拟。基于FLUENT软件,根据气相燃烧与非均相燃烧理论,应用EDC燃烧模型以及颗粒表面反应模型,建立了含铝复合推进剂燃料的二维两相湍流燃烧模型,验证了颗粒表面反应模型计算铝燃烧的可行性,模拟了不同颗粒相Al2O3含量下发动机内流场的分布,得出了压力、温度等发动机参数的变化趋势。结果表明,颗粒表面反应模型可较好地模拟发动机内铝燃烧的宏观现象,发动机燃气中颗粒相含量对发动机内流场有显著的影响。随着颗粒相含量的增加发动机燃烧室压力降低,温度升高;发动机两相流损失增加,发动机推力降低。     

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。     

纳米铝燃料研究进展

纳米铝代替传统微米铝作为固体火箭推进剂的金属燃料,有助于提高推进剂的燃速、比冲和降低特征信号等。综述了纳米铝燃料合成、活性保持、高温氧化反应机理和在含能材料体系中的分散性能等方面的研究进展,分析了关键技术的发展趋势。最后,给出了下一阶段纳米铝燃料的研究建议:探索各向异性纳米铝燃料合成途径,丰富纳米铝燃料类别;在不降低铝燃料能量的前提下,进行修饰、包覆,提高纳米铝燃料活性;弄清不同反应速率下纳米铝燃料氧化反应过程,明晰纳米铝燃料氧化反应机理;重视铝燃料在含能材料中的分散技术、表征手段,揭示分散状况对燃烧稳定性的影响规律。     

负压力指数复合固体推进剂稳态燃烧的理论模型

本文从理论上研究了复合固体推进剂稳态燃烧的“麦撒”效应。文中提出的四火焰模型考虑了粘合剂熔化层的流动和对氧化剂表面的复盖、氧化剂粒度和添加剂的作用,而且便于统计处理。各个燃烧区的数学处理中广泛采用分布反应模型和数值计算法。理论模型能统一说明“麦撒”、“平台”和正常燃烧行为,预示复盖、添加剂、氧化剂级配和粒度分布,以及初温对燃烧特性的影响。预示同实验结果具有一致的趋势。     

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。     

固体填充剂对推进剂力学性能的影响

借助扫描电子显微镜（SEM）及微型动态拉伸装置测试手段，对含固体颗粒填充剂的丁羟复合固体推进剂（HTPB）和硝酸酯增塑的聚醚高能推进剂（NEPE）中的微相结构进行了断口微观形貌观察和推进剂拉伸试件在拉应力作用下的断裂过程分析。结果表明，固体颗粒的形状，粒径尺寸，粒度分布和级配变化，以及固体填料／粘合剂的界面性质等因素对推进剂力学性能有着重要的影响。     

固体推进剂铝粉燃烧特性及机理研究进展分析

铝粉在推进剂燃烧表面上会发生团聚凝结,对推进剂燃烧性能及固体火箭发动机的绝热层和喷管烧蚀等性能造成重大影响。文章综述了固体推进剂中铝粉燃烧方面的最新研究进展,主要包括铝粉点火及燃烧机理、凝聚相燃烧产物特性、影响因素及改善铝粉燃烧效率等方面的研究进展。铝粉表面特性、推进剂的微观结构和燃烧气氛环境等是影响铝粉燃烧的主要因素;采用控制铝粉粒径分布、铝粉包覆和多元合金等手段,可有效提高推进剂中铝粉的燃烧效率。     

固体推进剂燃烧温度的双波长测试方法

利用双波长方法,对发动机工况下不同类型的固体推进剂的燃烧温度进行了测试,获得了高能推进剂的燃烧温度及其随压强的变化。结果表明,双波长方法作为非接触测试手段,可用于超高温测量,并且具有很高的时间分辨率(ns级),获得的推进剂燃烧温度随压强的变化,与理论预示结果相比,吻合较好。双波长测温方法在固体推进剂特别是高能推进剂在恶劣燃烧环境下燃烧温度的实时动态测量中展示了很好的应用前景。     

声振荡作用下推进剂铝颗粒团聚特性实验研究

为获得压强振荡对推进剂燃烧表面铝颗粒团聚特性的影响，建立了声振荡作用下铝颗粒团聚特性实验测量装置和方法，采用高速显微成像技术和激光全息技术同步测量的方法，对HTPB四组元推进剂在有、无声振荡作用下的铝颗粒团聚特性进行了实验研究。研究结果表明，在340 Hz声振荡作用下，铝颗粒火焰呈现与声振荡频率相一致的周期性摆动，颗粒微观形貌发生明显的形变；受声场力的作用，小尺度颗粒(40～80μm)团聚作用减弱，中等尺度颗粒(100～260μm)团聚作用加强，且更容易发生融合等现象，从而改变了推进剂燃烧表面及近表面铝团聚颗粒粒度分布(0～3 mm),团聚粒度及团聚分数均增加。所建立的实验方法可为研究压强振荡作用下推进剂铝团聚特性提供有效的实验技术和数据参考。     

胶体燃料的燃烧特性研究

现在高性能可长期贮存的火箭发动机燃料和推进剂的研究方向是开发能使用胶体燃料和胶体推进剂的燃烧系统。这种观点的产生是由于在液体燃料中加入胶状添加剂和(或)金属添加剂能显著提高液体推进剂的性能、密度和比冲。掌握胶体燃料单个液滴的蒸发和燃烧过程是预测未来推力室燃烧性能的第一个基本步骤。研究胶体燃料雾滴蒸发燃烧时应用了先进的计算机辅助摄像系统。测量了雾滴的燃烧速率,并精确观测研究了燃烧过程。对室压和氧化剂质量百分比浓度对雾滴燃烧速率的影响进行了量化研究.结果表明肢体燃料比液体燃料燃烧速率慢,而且点火更加困难。     

AP级配及含量对HTPB固体推进剂界面约束作用影响机理研究

复合固体推进剂是一种含能非均质颗粒填充材料,其基体聚合物分子通过物理缠结及氢键作用吸附于填料表面,产生基体-填料界面相互作用,这种相互作用使基体聚合物交联网络分子的运动受到限制。以高氯酸铵(AP)级配及含量不同的端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂为研究对象,通过动态力学试验、溶胀试验、单向拉伸试验、循环拉伸试验,探究了AP级配及含量变化引起的HTPB固体推进剂界面约束作用差异,并探究其对推进剂结构及性能的多维度影响。结果表明：随着细粒度AP含量及AP总含量的提高,约束区域占比增加,基体交联网络分子受限作用增强,HTPB固体推进剂界面相互作用提高,单向拉伸状态下的推进剂强度、模量提高,伸长率下降;循环载荷作用下,约束作用则提高了能量耗散过程,加剧HTPB固体推进剂疲劳损伤进程。     

含硼富燃料推进剂燃烧波结构分析

采用微测温和火焰照相及SEM研究了含硼富燃料推进剂燃烧波温度分布、火焰结构及熄火表面；结合热力计算，分析含硼富燃料推进剂中硼燃烧反应类型。研究认为低压下推进剂燃烧波结构存在暗区；硼表面用AP包覆，可以降低暗区厚度，有利于改善推进剂的燃烧。     

含铝推进剂的燃烧效率

为获得火箭顶级发动机所用推进剂的最优性能,本文就40种低燃速含铝推进剂配方的组分含量变化对其燃烧效率的影响进行了评价.所试验的推进剂由高氯酸铵、铝粉、环四甲撑四硝铵(HMX)和端羟基聚丁二烯组成.依据实验所得的铝凝聚尺寸、燃速和比冲数据可知,当燃速增加时,燃烧效率有增加的倾向;在低 L条件下,当铝凝聚尺寸减小时,比冲效率增加;铝凝聚的程度取决于口袋结构的特性,当口袋中的铝含量及铝与细 AP 质量比下降时,铝凝聚尺寸减小;口袋容积变小时,使用粗 HMX 具有减小铝凝聚尺寸的作用;HMX 的尺寸对燃速没有影响。     

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。     

RDX/AP复合推进剂声频不稳定燃烧的颗粒阻尼

对环三甲撑三硝胺/过氯酸铵(RDX/AP)复合推进剂高频不稳定燃烧的颗粒阻尼作用进行了实验性研究。观察到在推进剂药柱内孔通道中产生的10～30千赫甚高频燃烧不稳定为横向波。加入少量固体颗粒能有效地消除燃烧不稳定。燃烧不稳定的范围随固体颗粒的尺寸和含量不同而异。测定了压力-颗粒含量曲线图上出现燃烧不稳定的极限边界。根据霍登(Horton)和麦克基(McGie)提出的颗粒阻尼理论计算了临界条件下的阻尼常数(α_(p,c)),并在假定α_(p,c)=-α_g 的情况下确定了推进剂的不稳定驱动常数(α_g)。     

硼在冲压发动机中应用的特点、展望和问题

本文讨论了与液体冲压、固体通道增压和固体冲压发动机有关的理论能量特性、性能和实际问题。证明了在这些发动机中,尤其是在限制体积的系统中,用硼比用碳氢化合物作燃料将获得显著的理论能量增益。可是,由于硼的燃烧性能差、点燃温度高(1900K),因此要获得高的燃烧效率就须给燃烧系统施加许多特殊的限制。含硼量高的固体燃料和推进剂呈现不规则燃烧,引起推力波动,而且硼粒子的凝聚物由于在燃烧室内停留时间不够充分,可能出现不完全燃烧。     

含碳氢燃料(ACH)的低特征信号富燃料推进剂特性

随着低特征信号固体推进剂技术的发展,低特征信号富燃料推进剂的研究已受到国内外广泛关注。高能碳氢燃料部分替代富燃料推进剂中的金属燃料是降低推进剂特征信号的主要途径之一。采用激光粒度仪测试了烯烃类碳氢燃料(ACH)的粒径及粒径分布,利用TG-DTG热分析仪分析了ACH及含ACH的富燃料推进剂热分解特性,评价了ACH和含ACH的富燃料固体推进剂的机械安全性能(撞击感度和摩擦感度),采用靶线法和燃烧实验装置研究了推进剂的燃烧特性及火焰结构,分析了含ACH的富燃料推进剂的燃烧残渣率,并与不含ACH的富燃料推进剂进行了比较。结果表明,ACH的颗粒较均匀,明显呈现近"球形";富燃料推进剂的质量燃烧热值和体积燃烧热值随着ACH质量分数的增加均增大,而密度却减小; ACH的撞击感度和摩擦感度均较低,表明其自身本质是安全的,推进剂的特性落高H50随着ACH质量分数的增加而提高,而摩擦感度几乎不发生变化;在不同测试压力下,推进剂的燃速随ACH质量分数的增加而降低,而燃速压力指数却增大,压力指数提高了65.87%。