药条燃烧器的发展

药条燃烧器是研究固体推进剂装药燃烧的一种重要的实验室装置。本文评述了药条燃烧器三十年来的发展历程,简要介绍了作者在此基础上研制的一种多功能燃面恒位药条燃烧器系统的原理、性能和结构特点。     

装药内、外通道的换向流动及初始压力峰

本文提出在发动机装药内、外通道流动参数不同时,燃烧产物出现换向流动的概念,并得出发动机装药内、外通道中换向流动点的位置及相应内、外通道中燃烧产物流动参数表达式。同时提出换向流动下发动机侵蚀燃烧初始压力峰的计算方法。此概念已由试验结果得到初步证实。     

关于固体推进剂侵蚀燃烧问题的半经验理论

本文较系统地从理论上阐述了关于固体推进剂侵蚀燃速的已有半经验公式的导出。汇集已发表的各种牌号推进剂的侵蚀常数的数据与图表,并指出一般规律性。分析了不同形式的半经验公式之间的联系。介绍近来提出的侵蚀燃速的一般公式。     

固体推进剂降压熄火及组分的影响

固体火箭发动机缺乏适应性这一主要缺点可通过可控熄火来弥补。如固体火箭发动机的关-开控制,需要中止燃烧,而同时又必须留有推进剂装药,为重新起动准备条件。同样,在火箭已经达到所希望的速度时完成发动机关车,也需要燃烧中止的方法。此外,火箭在级分离时要求推力在大约10～20毫秒内中止,否则未经控制的压力拖尾在级分离时危害特别大。因此固体火箭发动机关闭及重新起动的能力会大大增加其适应性,以利于使用。     

激光测速仪用于固体推进剂燃烧流场诊断的可行性分析

激光测速仪能否用于固体推进剂燃烧流场的诊断,这是固体推进剂燃烧研究工作者所关心的问题。本文从激光测速的原理出发,结合固体推进剂燃烧的具体特点,从理论和实际应用上分析了这一测试新技术的优点、存在问题和可能解决的办法,指出了它作为固体推进剂燃烧流场诊断工具的前途和巨大潜力。 激光测速是一门新兴的测量流场速度的先进技术。激光测速仪与皮托管和热线风速仪等传统的测速方法相比,具有不干扰流场、测速范围宽、测量精度高、测速方向灵敏、空间和时间分辨率高、测量前无需标定以及只对速度敏感而与流体的其他参量无关等优点。正因为如此,激光测速技术特别适用于很多特殊的流体力学课题的研究,例如燃烧火焰、旋转叶轮、狭窄通道、化学反应流、高强度湍流、激波、粘性边界层、各种风洞和水洞、以及那些无法用皮托管或热线风速仪测量的其他场合。     

超声速状态下正癸烷和RP3的稳焰特性研究

通过直连蓄热式试验台,研究了正癸烷和RP3航空煤油两种碳氢燃料在超燃燃烧室中的稳焰特性。燃烧室采用双凹腔构型作为稳焰结构,进口总温1000~1150K,进口马赫数2.03,分别采用纯液态喷嘴和气泡雾化喷嘴进行燃料喷射。研究结果表明:在所有试验的总温范围内,正癸烷的稳焰性能比RP3略强,另外,两种燃料在纯液态喷射条件下不易实现稳焰,使用气泡雾化喷嘴能有效提高燃料的稳焰性能。文章建立了一个简单的理论模型,以"驻留时间≥反应延迟时间"作为实现稳焰的判据,计算出各试验工况下的驻留时间与反应延迟时间,发现二者均在1ms量级,计算结果与试验结果吻合较好。最后,根据两种燃料的热物性参数,计算了相同工况下二者的液滴平均直径SMD和蒸发常数,发现SMD在10μm量级,正癸烷的雾化和蒸发特性均略优于RP3,因此从燃料热物性角度说明了正癸烷的超燃稳焰性能略优于RP3的原因。     

铝/镁基水反应金属燃料的燃烧特性研究

为了探索在水冲压发动机中高金属含量铝/镁合金水反应金属燃料的稳态燃烧,开展了其一次燃烧和二次燃烧实验研究,其中铝/镁合金含量达到80%。采用氧弹量热仪收集一次燃烧固相产物,并将一次燃烧固相产物置于水蒸气高温管式炉中模拟二次燃烧。采用TGA对铝、镁和铝/镁合金进行了热性能分析,并采用XRD,SEM及化学分析方法对铝/镁合金和推进剂的一、二次燃烧固相产物进行了表征。结果表明,铝/镁合金的启动氧化温度530℃优于镁的600℃,铝/镁合金在第二阶段的氧化性能优于铝的。铝/镁合金为Mg17Al12,一次燃烧固相产物中主要存在Mg Al,Mg2Al3,Mg Al2等合金相和Mg O,在二次燃烧的固相产物中有Mg O,Al和Al2Mg O4,其中剩余Al的含量随着管式炉温度增大先增大后减小。分析认为铝/镁合金在燃烧过程中镁先行发生了反应,而后其中的铝才发生反应。     

三旋流燃烧室点火阶段燃烧性能

为研究三旋流燃烧室的点火熄火性能,对单头部燃烧室进行了地面和高空的点、熄火试验研究,测取了负温条件下的高空点火性能,借助高速摄像法录取了地面点火过程,采用燃气分析法对地面点火燃烧效率进行了测量,获得了单头部燃烧室的点、熄火性能和点火燃烧性能参数,以及火焰传播过程。结果表明:三旋流燃烧组织方式可在宽广的主燃区气流速度范围内,具有良好的点熄火性能,地面点火边界的燃烧充分性较高,燃烧效率约为80%,负温条件增加了点火难度,与常温点火边界相比,进气压力70 kPa时的负温点火的边界变窄了188%~375%,高空贫油熄火边界与点火边界接近,所获结果可为三旋流燃烧室设计提供参考。     

声场扰动下预混旋流管状火焰动态响应特性

针对预混旋流管状火焰不稳定问题,开展不同空气体积流量和当量比甲烷/空气火焰对轴向声场扰动响应特性的实验研究,揭示了火焰对不同声场频率的动态响应范围,获得了声场扰动下火焰结构、声压、OH*等的变化规律。结果表明:火焰对声场的响应呈现低通滤波特性,高频声场对火焰影响较弱,中、低频声场迫使火焰发生同频振荡,甚至引发熄火现象。通过调整入口体积流量发现低通滤波特性的特征频率和低频熄火频率受混合燃气的体积流量及当量比的影响较小。熄火拉伸率计算表明:相对于高当量比火焰,当量比小于等于065时火焰抗熄火能力较弱,在中频声场扰动下火焰局部熄火致使火焰抬升。     

燃料掺氢对船用天然气发动机燃烧和排放的影响

为研究船用天然气发动机气体燃料中掺入不同比例氢气对燃烧和排放的影响。运用改装的氢气-天然气-柴油三燃料混烧发动机进行台架实验,测试对比负荷特性下掺氢比为0%、5%、10%、15%四个工况发动机排放物中CO、CO2、NO、NOx、烟温等数据,然后针对掺氢比分别为0%、5%、10%、15%、20%、25%的六个工况,运用CHEMKIN-PRO模拟计算点火延迟时间和层流火焰速度。结果显示,随着氢气比例增加,缸内燃烧点火延迟时间缩短,缸内最高温度升高,层流火焰速度增快,掺氢比对NOx排放影响不明显,相同输出功率下掺氢比高的工况CO排放更低,燃料掺氢工况CO2排放低于纯天然气工况。研究认为,燃料掺氢有助于改善船用LNG动力发动机的燃烧和排放,具有较大的研究和应用前景。