含铝固体贫氧推进剂燃烧中的几个问题

前言 从一九七五年开始到一九七九年底,北京航空学院、沈阳一一一厂设计所同八四五厂科研一所协作,对含铝固体贫氧推进剂先后做过点火试验,发生器地面试验和火箭——冲压组合发动机连管试验。通过这些地面试验,对含铝固体贫氧推进剂的燃烧有了一些初步的认识。本文是针对试验中发生的一些问题进行初步的总结,并提出一些看法。     

影响Al2O3凝相尺寸分布的因素

用激光全息装置测量含铝复合推进剂燃烧场凝聚相的分布，分辨率为5μm。分析了滞留时间、铝粉含量（2％－16％）和燃烧室压强（0.1MPa-4MPa）对凝相粒子尺寸分布的影响，实验表明，粒子总数随滞留时间减少，粒子越大，减少的相对比例越大；粒子尺寸分布不随燃烧室压强和推进剂铝粉含量变化。     

环境条件对铝粉颗粒燃烧产物凝聚的影响

采用金属颗粒蒸汽相扩散燃烧模型和燃烧产物多相成核理论,对铝粉燃烧所形成的Al₂O₃平均粒径进行了计算研究。根据计算结果,就环境因素对铝粉燃烧区域中的温度、燃烧产物的过饱和度及其凝聚成核速率的影响规律进行了分析讨论。结果表明:环境压强增加,铝粉燃烧温度和液滴表面温度提高,铝粉燃烧产物平均粒径降低;环境压强对参数分布特性的影响比环境温度的影响更为显着。      

含铝复合推进剂燃速计算研究

本文专门探讨了利用 PEM模型计算含铝复合推进剂的燃速和压强指数。文中提出一种确定假想推进剂配方的新方法 ,并以此为基础建立了一个扩展和改进的 PEM模型 ,利用该模型计算了含铝推进剂的燃速和压强指数     

高密度烃燃料雾化特性试验

采用试验手段研究了高密度烃燃料在直射式喷嘴情况下的雾化规律,采用数字图像处理技术,使用粒子图像测速系统（PIV）对其在横向高温气流中形成的喷雾场进行图像测量和分析。初步研究了气流温度、油压、气压与气流速度对高密度烃燃料雾化特性的影响,以及射流与喷嘴距离对喷雾粒子索太尔平均直径（SMD）的影响。试验结果显示：气流温度和油压的增加有助于提高高密度烃的雾化效果。在研究气流速度对其影响时,要考虑加热气流蒸发产生的影响,在雾化初始阶段速度因素占主导地位,而在下游距离喷嘴50~75mm间的某一位置开始,蒸发因素将起到主要作用。通过数值计算与实验比较,进一步说明了高温气流蒸发作用在颗粒二次雾化中的重要性。研究结果为优化设计高密度烃燃料发动机燃烧室提供依据。     

复合固体推进剂燃速及压力指数的理论预测

本文在原始BDP多火焰燃烧模型的基础上,对多分散的氧化剂颗粒和扩散火焰距离进行了简化计算,对含铝和含催化剂的计算亦进行了简化处理。设计的程序较为简短,能在带FORTRAN语言的各种类型微型机上实行快速运算,计算与实测结果的对比,其精度在10％以内。理论计算还预示:凡能增大AP焰反应速度的燃速催化剂,具有大幅度提高燃速和降低压力指数的效果;选择的氧化剂颗粒级配若D(相当)接近80微米时,能达到提高燃速与降低压力指数的作用。     

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。     

大型水平管道中玉米淀粉/空气混合物爆炸过程的实验研究

在长为32.4m、内径为0.199m的大型长直水平管道中对玉米淀粉空气两相流的爆炸过程进行了研究。实验采用40J电火花引燃点火端4.2m范围的铝粉空气混合物所产生的爆炸波进行点火,对其燃烧转爆轰过程（DDT）进行了分析,并对不同浓度时混合物的燃爆情况进行了比较。浓度为689g/m3的玉米淀粉/空气混合物能在管道中完成燃烧向爆轰的转变,此浓度为本实验系统下的玉米淀粉的爆炸临界浓度上限,下限浓度为459g/m3。     

激光-感应复合加热法制备碳包覆纳米铝粉

为了探索固体火箭推进剂的新型燃烧剂,采用激光-感应复合加热法在CH4气和Ar气的气氛下制备了碳包覆铝纳米粒子。对这种纳米粒子进行了X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)的物相、形貌和结构分析,结果表明,该纳米粒子具有明显的核壳结构。差热分析(DTA)表明了碳包覆纳米铝粉在氧气氛中540℃左右剧烈氧化。简要讨论了碳包覆铝纳米颗粒的形成过程,即碳原子没有溶解在纳米铝颗粒内部,而是在铝颗粒的表面成核长大。     

超细高氯酸铵团聚状态表征的毛细渗透速度技术研究

超细AP的团聚状态是影响推进剂燃速性能的一个重要因素。根据Washburn方程,首先建立粒径与毛细渗透速度k的定标曲线;再通过对不同团聚状态的超细AP毛细渗透速度k值的测量,应用定标曲线定量表示出团聚状态的等效粒径d43,并证明k和d43均可作为定量表征团聚状态的参数,为系统描述氧化剂状态及对燃速影响提供了新方法;通过建立浸润模型,提出了应用等效粒径评价团聚状态的临界判据。大量的生产现场实验研究结果表明,毛细渗透速度法是表征超细AP样品状态的一种实用新技术。