硼粉热特性研究

为了研究硼粒子在不同气氛下热特性,采用TGA/DSC和高压DSC对晶体硼粉和无定形硼粉两种形态,在纯氮、纯氧、空气以及氧氮混合(1∶1)气氛和3种压强下进行热分析实验;利用Kissinger法和Ozawa法计算得到无定形硼在空气气氛下的动力学参数.试验结果表明,纯氮气氛下,无定形硼与氮气会发生反应,其反应速度缓慢,放热量小.无定形硼比晶体硼的氧化反应初始温度低,氧化反应更快且更完全.不同氧气浓度条件下,随着氧气浓度的提高,无定形硼反应起始温度提前,反应速率加快,反应更彻底.增加氧气压强,可降低初始反应温度,加快反应速率,提高反应放热量.最终计算得到无定形硼在空气气氛下的活化能E、指前因子A和反应速率常数K.     

含硼富燃料推进剂凝相反应对低压燃烧的影响

用差示扫描量热(DSC)和热重分析法(TGA),分析、研究了含硼富燃料推进剂的热分解特性;并测量了推进剂的爆热和燃速,比较了AP包覆硼粒子对推进剂燃烧性能的影响。实验结果表明:含硼富燃料推进剂各组分含量相同时,在硼粒子表面包覆AP提高了推进剂的爆热,其中凝相放热量增加,气相放热量减少;而推进剂的低压燃速提高了。分析表明促进凝相反应有利于含硼富燃料推进剂低压燃速的提高。     

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。     

硼粉燃烧热值测试不确定度分析

基于硼粉点火和燃烧特性,介绍了硼粉燃烧热值测试原理和方法,分析了影响硼粉燃烧热值测试不确定度的因素,并对各不确定度分量进行了评定。结果表明,影响硼粉热值测试不确定度的主要因素有：系统热容量的不确定度和助燃剂热值的不确定度;在助燃剂保障硼粉完全燃烧的条件下,减小助燃剂热值的不确定度是提高硼粉热值测试准确度的关键因素。     

C/H/O/N/B体系气相燃烧化学动力学模型及计算研究

为了更加深入地研究硼粒子的点火和燃烧机理,在Pasternkck和Zhou的模型的基础上,通过补充基元反应和修正基元反应的动力学参数,建立起了新的C/H/O/N/B体系气相燃烧动力学模型,该模型包含31种组分,190个正反基元反应。采用新的模型对贫氧体系气相燃烧过程进行计算,并改变体系的初始温度及压强,研究其对平衡温度和硼的氧化物平衡摩尔分数的影响。计算结果表明:(1)体系平衡后硼元素主要以硼的氧化物形式存在,其中BO和BO₂的摩尔分数随反应时间的增加先升高后降低,B₂O₃的摩尔分数随着反应时间的增加而不断升高。(2)提高初始温度和压强不但能使体系的平衡温度提高,而且能缩短体系达到平衡的时间。(3)提高初始温度会使B₂O₃更多地解离为BO和BO₂,不利于硼燃料能量的完全释放,但提高压强会抵制B₂O₃的解离,从而会在一定程度上提高硼燃料的能量释放。      

AP粒度和包覆层对硼燃烧的影响

通过对AP和硼及其混合物进行热分析实验,研究了硼在AP分解过程中参与反应的程度;用氧弹式量热计测试含硼富燃料推进剂的爆热,分析硼在推进剂燃烧过程中的放热。结果表明,对各组分含量相同的含硼富燃料推进剂用AP包覆硼粒子和提高超细AP含量可促使硼在AP分解过程中参与反应,使AP／B(1：1)热分解的放热量增加,提高推进剂的爆热,有利于推进剂中硼的燃烧。     

富燃料推进剂的燃烧成气率测试研究

建立了富燃料推进剂燃烧成气率测试装置,提出了实验方法,选用酸洗石棉和高硅氧玻璃纤维布作为过滤介质,实现了富燃料推进剂燃烧后气相和凝聚相燃烧产物的可靠分离,同时提出验证可靠分离的方法.测试了实验过程中的压强变化,结果表明,通过调整样品形状及用量和后端盖的数量可以控制燃烧室的压强,可实现一定压强下的样品燃烧成气率的测试.     

含硼富燃料推进剂燃烧表面"沉积层"研究

针对含硼富燃料推进剂低压燃烧时燃烧表面产生“沉积层”的现象,结合该推进剂的燃烧过程,分析了“沉积层”的形成机理,建立了“沉积层”影响燃气流动的数学模型,研究了其对气相火焰高度的影响。结果表明,“沉积层”使气相火焰高度降低,传给燃面的热流密度占气相总热流密度的百分比增大,有更多的气相燃烧产生的热量反馈回燃烧表面,即使含硼富燃料推进剂燃烧过程中气相作用增强,易于在低压下维持稳定燃烧,并具有相对高的燃速和压强指数。这为含硼富燃料推进剂用于冲压发动机提供了有利的理论支持。     

硼粉燃烧热的测量

硼因高的体积热值成为首选高能组分添加剂。为了对硼粉的燃烧热进行更准确的测量 ,使用氧弹式量热仪,采用SQ-2作为助燃剂,通过实验研究了助燃剂质量、形状以及氧 弹内氧气压力对硼粉燃烧热测试结果的影响。结合硼的两阶段燃烧模型,指出燃气温度是影 响硼粉燃烧效率的关键参数。建立了氧弹内燃气极限温度的理论计算模型,给出计算温度与 硼粉燃烧效率之间的关系。结果表明升高极限温度是改善硼粉燃烧热的测量的有效手段。     

TGA测试含硼富燃料推进剂发火温度实验研究

采用一定实验条件下的TGA实验,对不同含硼富燃料推进剂发火温度进行测试,以验证方法的可靠性,并在此基础上,研究了初始温度、升温速率、装药量和坩埚等实验条件,以及配方对此方法测定的发火温度的影响。实验结果表明,采用TGA对含硼富燃料推进剂的发火温度进行测试具有较高的精确度,实验结果的通用性也较高;初始温度及升温速率基本不影响此方法测得的推进剂的发火温度;与氩气气氛相比,空气气氛下的含硼富燃料推进剂发火温度降低;在使用高压坩埚的情况下,推进剂的实测发火温度降低;使用HMX代替含硼富燃料推进剂中的AP、使用镁作为金属添加剂,以及增加推进剂中硼粉的含量,都能降低含硼富燃料推进剂的发火温度。