气固两相粉末燃料爆轰及其推进应用研究进展

粉末燃料因其能量密度高、稳定性好等优势,作为爆轰推进动力系统的燃料或添加剂,具有广阔的应用前景。根据气固两相粉末爆轰的燃料种类进行分类,并以指导粉末爆轰推进技术应用为导向,回顾粉末燃料在氧化剂氛围以及气体燃料/氧化剂氛围中起爆特性和传播特性的国内外研究进展,并对二者进行理论和工程技术的研究归纳,概括影响气固两相爆轰起爆和传播特性的因素以及重要的研究结论。从应用前景、推进性能、难点与挑战等角度对两相爆轰发动机研究进行综述,在总结发动机数值和实验研究现状的基础上,对未来需要开展的研究工作进行展望。

煤粉质量浓度及表观形貌对煤粉/乙烯/氧气爆轰波起爆特性的影响

为实现煤粉连续旋转爆轰发动机的可靠点火,探究煤粉质量浓度及表观形貌对煤粉/乙烯/氧气起爆特性的影响机制。在乙烯氛围下(初始总压100 kPa,当量比0.5),采用高能电点火装置对不同煤粉当量比和表观形貌下的煤粉-氧气混合物进行直接起爆实验。实验结果表明:添加少量5PA煤粉(实验所用2种煤粉记为PA、FA。PA和FA分别为多孔状无烟煤和片状无烟煤的缩写,如5μm多孔状煤粉简写为5PA煤粉)后,乙烯/氧气混合物的临界起爆能量迅速减小,在全局当量比0.7处达到其最小值2.53 J,随着当量比继续增加,煤粉/乙烯/氧气混合物的临界起爆能量逐渐增加;在全局当量比1.0处5FA煤粉的临界起爆能量(5.20 J)高于5PA煤粉的临界起爆能量(2.95 J);在5.80 J的点火能量下,5PA煤粉和5FA煤粉在全局当量比0.7~1.5内均可直接起爆,在4.10 J的点火能量下,5PA煤粉在全局当量比0.7~1.5内均可直接起爆,但5FA煤粉仅在全局当量比0.7处可直接起爆,进一步增加当量比后不可起爆。研究结果表明:对于贫燃料乙烯/氧气(当量比低于1),在一定煤粉质量浓度范围内,煤粉可以促进爆轰波的形成和自持传播,但煤粉质量浓度过高会抑制爆轰波的形成和自持传播;煤粉的表观形貌会影响煤粉混合物的起爆特性,相较于片状煤粉,多孔状煤粉的化学反应速率更高,临界起爆能量更低,更容易起爆。