硼粉燃烧效率的影响因素研究

为了提高B粉在氧弹中的燃烧效率,从而准确测得B粉的实际燃烧放热量,以便对不同来源的B粉进行质量评估,进而为含B富燃料推进剂的配方设计及能量预估提供依据。建立了一种能使硼粉充分燃烧并测得其放热量的方法,以双铅-2推进剂(SQ-2)作助燃剂,丙酮作溶剂,采取干法与湿法相结合的方式制备样品,利用恒温式氧弹量热仪测试样品燃烧放热量,并计算B粉燃烧效率,采用Fluent软件对B粉燃烧过程中的氧弹内流场进行数值模拟,分析氧弹内温度及氧气浓度随时间的分布,研究了SQ-2与B粉的混合质量比、充氧压强、坩埚位置、坩埚大小及有无挡板对B粉燃烧效率的影响。结果表明,SQ-2与B粉的最佳混合质量比为10∶1;最佳充氧压强为3 MPa;选择内径大(最佳内径17 mm)、高度低(最佳高度5 mm)的坩埚,并减小坩埚与氧弹底部的距离(最佳距离10 mm),同时选用不含挡板的坩埚支架,可为B粉创造良好的燃烧环境,在氧弹中的最大燃烧效率可达99.36%。     

冲量法固体推进剂燃速测试原始数据有效性判定

为了定义并明确冲量法燃速测试的应用边界,通过对“推进剂药柱点火不同步”、“存在侵蚀”、“推进剂药柱同心度不好”3种情况下终了燃面偏离设计值的分析,提出以最大压强尤其是最大推力处的下降速率作为冲量法燃速测试数据有效性的判据,该判据同时解决了“裸露的推进剂药柱表面同步点火”无法评判的问题。根据燃烧室在无加质条件下燃气质量的变化规律,计算获得燃烧室压强随时间的改变趋势,与试验压强-时间曲线进行对比,提出数据有效性因子K,给出了原始数据有效性的数值判定方法。研究表明,当数据有效性因子K=1～1.2时,冲量法燃速测试结果与恒压发动机燃速测试结果一致性较好,数据有效。同时验证了喷管烧蚀会影响冲量燃速测试的压强范围,但不影响燃速测试结果。     

不同助燃方式下硼粉的燃烧机理研究

为研究硼粉燃烧规律，采用两种典型混合方式(干法混合和湿法混合)制备了含不同质量助燃剂双铅-2(SQ-2)的硼粉试样，使用氧弹式量热计测量了硼粉燃烧放热量，同时在量热计上加装压强传感器获得了不同样品在燃烧过程中的压强变化趋势，得到了不同样品中硼粉的有效燃烧时间。结果表明，在SQ-2含量一致时，干法样品在燃烧过程中的升压速率明显大于湿法样品，其最大压强也高于湿法样品；在两种助燃方式下，氧弹中的温度和氧气量均可满足硼粉的燃烧，但SQ-2含量>80%的干法混合中硼粉放热量低，最高仅为34 950 J/g,依然有约40%硼粉没有燃烧，其硼粉有效燃烧时间仅约有29 ms。分析认为，干法混合中样品为粉末状，燃烧迅速，当SQ-2含量>80%时，其燃烧产生的高速气体将硼粉喷溅在氧弹壁上或者氧弹底部，硼粉受“冷壁效应”影响明显而导致无法继续燃烧，而湿法混合中SQ-2与硼粉接触紧密，硼粉受“冷壁效应”影响不大，SQ-2燃烧产生的热量和气体更容易加热硼粉，加上硼粉自身的放热，延长了硼粉的高温燃烧时间，助燃效果好，燃烧效率高。