高过载条件下绝热层烧蚀实验方法研究 (Ⅱ)收缩管聚集法

发展了一种能开展高过载条件下绝热层烧蚀研究的模拟实验方法——收缩管聚集法，研制了收缩管聚集高过载模拟烧蚀实验装置。对实验装置及固体火箭发动机过载条件下的三维两相内流场开展了对比数值模拟，结果表明这种实验装置产生的高浓度粒子流与40g纵横向过载条件下发动机内形成的高浓度粒子流状态很接近，说明这种实验方法是可以模拟高过载条件下绝热层烧蚀环境的。利用这套实验装置开展了高浓度粒子流冲刷条件下绝热层烧蚀实验，对6种绝热材料开展的烧蚀实验表明：所有试件表面均被冲蚀出一个凹坑，说明粒子冲刷对绝热层烧蚀影响很大。凹坑最大烧蚀部位与数值模拟得到的粒子浓度最大部位基本吻合。     

推进剂用热塑性聚氨酯弹性体的合成及表征

以聚己二酸乙二醇酯(PEA)、环氧乙烷 四氢呋喃无规共聚醚(PET),异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)及1,4 丁二醇(BDO)为原料;采用熔融二步法合成了一种能为硝酸酯增塑并满足推进剂使用要求的醚 酯共聚型热塑性聚氨酯弹性体(TPUE)。采用凝胶渗透色谱(GPC),傅里叶变换红外光谱FTIR,力学性能测试和硝化甘油吸收实验等对TPUE进行表征。结果表明,制备的TPUE具有较高的相对分子质量(Mn>50000)和聚氨酯的结构特征,软段具有较低的玻璃化转变温度,以及具有与硝酸酯良好的相容性,具有满足推进剂使用要求的力学性能。     

Al/高氯酸铵复合粒子的制备及其性能表征

用溶剂-非溶剂法制备了Al/高氯酸铵(AP)复合粒子，并用TEM，SEM，XRD和ICP对其进行了表征。首先对复合粒子的热分析进行了DTA测定，并用相同比例的简单混合物来作对比；然后选用三组推进剂样品进行DTA测定，在每组样品中分别选用添加有Al/AP复合粒子和纯Al粉来作对比。结果表明，将Al粉与AP进行复合处理后，Al粉对AP的热分解有了一定的催化作用，而相同比例的Al粉和AP简单混合物中，Al粉对AP的热分解无明显催化作用；与加有纯Al粉的推进剂样品相比较，添加有Al/AP复合粒子的推进剂样品高温分解峰温降低，总放热量大大提高。这表明Al粉与AP的复合处理能显著提高AP与推进剂的热分解性能。     

纳米NiB非晶合金对AP热分解性能的影响

用化学还原法制备出平均粒径20nm的NiB非晶态合金和NiCuB合金粉，以及负载型NiB／Al2O3和NiB／SiO2催化剂。DTA结果表明：NiB和NiCuB合金粉可以显著降低AP的高温分解温度，表现了对AP高温分解反应良好的催化效果。负载型NiB／Al2O3和NiB／SiO2对AP热分解的催化效果，与NiB相比没有明显增强。随NiB非晶态合金增加对AP热分解的催化效果变化不明显。     

带装药裂纹发动机内流场数值研究

在N－S方程基础上，考虑网格移动，建立了适用于固体火箭发动机内流场的湍流控制方程组，并对带装药裂纹的固体的火箭发动机内流场进行了数值模拟，分析了推进剂中裂纹深度，宽度、位置、角度等多种因素对发动机内流场的影响，计算结果表明：（1）裂纹出口处流速高，大于主通道流速，在裂纹出口附近存在回流区；（2）当裂纹紧靠发动机前封头时，裂纹出口附近回流强度减弱，裂纹对发动机内的流动影响较小；（3）当裂纹深度与裂纹宽度比大于240时，裂纹内压强急剧升高，对发动机装药结构完整性具有重要影响。     

富氧预燃室高压缩尺试验研究

为满足液氧／煤油发动机推力大范围变化和预燃室要在大范围工况条件下工作的要求，采用带缩进长度和二次喷注的双组元离心式喷注单元，对富氧预燃室进行了高压缩尺试验研究。头部二次喷注孔为矩形和圆形、身部4种不同长度的6台试验件的试验结果表明，缩尺试验的最好温度均匀性≤50℃，燃气平均停留时间为10ms左右，矩形和圆形喷注方案的缩进室混合比分别小于20和24时可以避免产生低频不稳定燃烧。所得结论可用于液氧／煤油发动机的研制，并对新型发动机的研制具有一定的借鉴作用。     

DSMC法模拟双组元姿控发动机喷管流动

为了准确获得喷管内不同燃气成分的参数，采用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法结合可变软球(VSS)模型模拟喷管流动。单组分的计算结果与文献比较表明，所采用的程序和计算结果可信。对真空双组元钟形喷管内流动的模拟结果表明，压强扩散和热扩散的综合效应导致质量越大的分子越趋向于向边界层内扩散。     

硝酸酯增塑聚醚推进剂药浆固化反应研究

从推进剂药浆固化的动态流变特征出发，用DRA动态流变学方法研究了硝酸酯增塑聚醚推进剂的固化反应动力学。结果表明：它可提供推进剂药浆固化的表观凝胶化时间和固化反应的表观活化能；活化能随动态条件的不同而异，具有明显的固化反应指纹特征；动态流变学方法可对药浆直接进行固化反应动力学研究。对于深入研究推进剂性能将有很好的实际意义。     

单组元发动机推力室在轨温度数值仿真

建立了单组元发动机推力室系统(包括结构部件如隔热框、催化床、喷管等)的传热模型。在此基础上，应用有限元数值计算的方法，将模型进行轴对称Delaunay非结构化网格剖分，并完成瞬态温度场的模拟计算，进行推力室在轨温度的数值仿真。结合计算结果分析了热回浸现象、催化床电加热效能以及外空间辐射换热等问题。最后指出，隔热框的防热设计和空间辐射散热有效地隔绝了热回浸对电磁阀和喷注器的不良影响，并论证了催化床的电热丝加热是保证催化床在工作前维持一定温度范围之内的可靠方法。     

一种三组元直排塞式喷管发动机系统方案

三组元发动机和塞式喷管发动机均是实现单级入轨的关键技术。针对三组元(液氢、液氧、煤油)直排塞式喷管发动机提出了一套系统结构方案，并对其进行了初步的研究计算。发动机采用泵压式燃气发生器动力循环系统。利用蝶形活门关闭煤油管路、利用可调气蚀管调节氢氧流量转变工况，利用可调气蚀文氏管和涡轮排气进行推力矢量控制。以已有的三组元塞式喷管发动机推力室设计、分析为基础，继承了三组元发动机和塞式喷管的研制成果，是技术先进、性能高、可在短期内实现的新型液体火箭发动机。