超细铝粉在Ap／HTPB推进剂中的燃烧研究

研究了1.25μm和小于1μm的超细铝粉分别在Ap/HTPB系列推进剂中的燃烧特性,并与30μm的粗铝粉进行比较。认为超细铝粉在推进剂燃面上存在着凝聚和直接点火两种现象,这两种现象受氧化剂粒度、含量和种类的限制。实验结果表明,在某些配方中超细铝粉的燃烧性能明显优于粗铝粉,在以粗Ap为主的丁羟推进剂中合理使用超细铝粉,可以改善推进剂的燃烧性能,提高推进剂燃速,降低压强指数。本研究对于改善推进剂燃烧效率有很重要的现实意义。     

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。     

推进剂中铝燃烧的研究

本文概述了固体推进剂中铝的凝聚和燃烧过程及其影响因素,着重介绍了描述铝粉凝聚的“口袋模型”和“PEM模型”,讨论了铝粉的加入对发动机声不稳定燃烧的阴尼作用,对铝粉凝聚的凝滴直径及凝聚分数的经验公式也作了介绍。     

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%。     

复合固体推进剂中铝粉凝聚海绵模型

复合固体推进剂可看作充填氧化剂的海绵体,海绵层由粘合剂和铝粉组成,它按氧化剂表面积分数分配给各级份氧化剂。每颗氧化剂与其周围海绵层中粘合剂组成了特殊双元推进剂。由铝粉点火所需能量和双元推进剂提供的能量计算出离开燃面时铝凝滴粒径分布。计算结果与实验规律符合很好。此模型为固体火箭发动机性能预测提供了基本数据。     

纳米铝粉燃烧残余物的粒度分析

在常压下对纳米铝粉、普通铝粉及AP／Al/HTPB推进剂进行了点火试验，用激光粒度分析仪对燃烧残余物进行粒度分析。结果表明：纳米铝粉具有较低的着火点，而普通铝粉很难着火；普通铝粉在推进剂中燃料过程存在显著的凝聚行为，残余物粒度分布无规律，而纳米铝粉的燃烧则无明显的凝聚行为，燃烧物只是在尺寸上有所增大，粒度分布呈现较好的规律；纳米铝粉应用推进剂将有利于提高燃烧效率。     

固体推进剂用铝基复合材料的制备及性能

采用机械合金化法制备了一种新型铝基复合材料,并用X射线衍射、差示扫描量热和扫描电镜等技术对样品进行了表征,比较了铝基复合材料与铝粉在燃烧热、密度、耗氧量及对HTPB/AP推进剂能量贡献方面的差别,运用差示扫描量热法研究了铝基复合材料对氧化剂AP分解的催化作用。结果表明,铝基复合材料形态规整,其主要组成相为单质Al和MgH2,真密度为2.4763 g/cm3,耗氧量为0.890 8 g(O2)/g,实际燃烧热大于30 000 kJ/kg,燃烧效率达到94%,远高于同粒度的超细铝粉;用铝基复合材料代替丁羟推进剂中的铝粉后,推进剂的理论能量水平大大提高;铝基复合材料对AP的热分解有很好的催化作用。     

复合推进剂烟雾的光学特性研究

本文从实验上研究了不同复合推进剂燃烧后产生的烟雾对激光、红外、可见光产生的衰减.在大量实验基础上,寻求基本配方中氧化剂AP粒度、铝粒度、铝含量以及初温、压力等燃烧条件对衰减的影响规律,并从理论上予以解释,试图为复合推进剂无烟化的配方设计提供某些参考依据.     

复合固体推进剂稳态燃烧模型(综述)

六十年代以来,许多学者对以高氯酸铵为氧化剂的复合固体推进剂的燃烧进行了广泛研究,先后提出了许多关于这类推进剂的稳态燃烧模型,诸如粒状扩散火焰模型(GDF)、非均相反应模型(HR)、多重火焰燃烧模型(BDP)和小总体模型(PEM)等。小总体模型(PEM)是国外近年来发展的一种新的复合固体推进剂燃烧模型。模型中考虑了氧化剂粒度和粒度分布对燃烧特性的影响,改进的PEM还能模拟铝粉粒度和含量对燃烧的影响。本文着重介绍了PEM及其改进型的物理結构和预测燃速的方法。列出了一系列HTPB推进剂的燃速和压力指数预测值与实验数据的比较。可以认为两者是比较一致的,全铝PEM的预测值更接近于实验结果。     

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。     

氧化剂粒度对复合固体推进剂侵蚀燃烧的影响

本文阐述了利用透明窗发动机——高速摄影装置研究氧化剂粒度对复合固体推进剂侵蚀燃烧影响的方法。对基本配方相同,只是氧化剂粒度不同的三种复合固体推进剂进行了实验研究。经过测试、分析和计算,得出了不同氧化剂粒度推进剂的侵蚀效应对气流速度和压力的关系式,进而得出了氧化剂粒度的大小对复合固体推进剂侵蚀效应的影响关系。     

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。     

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.     

白刚玉对微烟推进剂燃烧性能的影响

微烟推进剂不能含有铝粉,故必须加入其他燃烧稳定剂来抑制不稳定燃烧。本文提出了燃烧稳定剂选择的关键性指标——粒度及粒度分布的可控性,认为磨料微粉白刚玉(Al_2O_3)是微烟推进剂比较合适的燃烧稳定剂新品种,进而研究了白刚玉粒度、含量对推进剂燃速、压强指数和燃烧稳定性影响的规律性,探讨了燃烧前后白刚玉粒度变化的趋势,并由实测火焰结构证实,该推进剂与双基推进剂火焰结构相似,从而为该类推进剂选择催化剂提供了理论依据.     

AP复合固体推进剂燃烧模型

本文提出了一个复合固体推进剂的综合燃烧模型和相应的数学处理方法。该模型对凝聚相反应作了更细微的分析,特别重视和强调了各种热量传递对燃烧所起的作用,并以推进剂中处于连续相的粘合剂线性分解速度表示推进剂的线性燃速。根据此模型编制程序并进行了大量计算。计算结果与实验符合得很好。对AP/HTPB多级配推进剂的计算结果中,相对误差小于10％的占80％,对Ae/AP/HTPB推进剂则占90％以上。     

包覆铝粉破裂燃烧的实验观测

为强化燃烧，让复合推进剂中的铝粉表面覆一种高分子表面活性剂。燃烧过程中这种活性剂形成不可参透的壳层，可通过破裂燃烧的方式铝粉快速完全的燃烧。     

超细铝粉的燃烧特性及燃烧模型

运用ＤＴＡ－ＴＧ、ＰＤＳＣ单幅近距摄影、扫描电镜、推进剂爆热的测定等多种实验技术，对超细铝粉燃烧特性及其燃烧模型进行了研究。结果表明，在中压区，推进剂燃面的ＳＡ１直接点火燃烧放热，提高了推进剂燃速，并提出了ＳＡ１在推进剂燃面上直接点火的观战及燃面点火的两个条件；揭示了铝粉在中、高压区内的不同作用，提出了铝焰的概念；绘制了铝和ＳＡ１的燃烧行为图。     

未固化AP/Al/HTPB推进剂燃速预示法——DSC法

研究了未固化推进剂的燃速预示方法，用DSC法（差示扫描量热法）研究了多种AP／Al/HTPB推进剂的常压热分解特性。根据BDP燃烧模型，考察了推进剂的燃速与热分解参数的关系，提出了未固化推进剂燃速的预示方法。实验结果表明，用DSC法可较准确地预示未固化推进剂的燃速，并成功预示了某配方的基础燃速。     

Ap／RDX推进剂燃速调节实验研究

利用正交试验法研究了CuO、Cr_2O_3和Fe_2O_3三种催化剂对Ap/RDX推进剂燃烧性能的影响,得到了提高燃速的最佳催化剂组合,提出了催化剂对Ap/RDX推进剂的催化机理,该机理可较好地解释许多实验结果。     

GAP/AN推进剂熄火表面研究

采用一种新的方法得到中止燃烧以后的熄火样品，利用扫描电子显微镜和能谱分析研究了ＧＡＰ／ＡＮ推进剂熄火表面的结构和形貌。燃速调节制ＣＡＲ对ＧＡＰ／ＡＮ推进剂的燃烧过程有显著的影响，ＣＡ改变了熄火表面的结构，加速了凝聚相的分辨反应。