固体火箭发动机尾焰中颗粒速度的粒子轨迹法测量

固体火箭发动机尾焰中存在浓密的小尺寸颗粒和稀疏的大尺寸颗粒。利用高速相机直接对尾焰进行拍摄,采用粒子轨迹法对尾焰中大颗粒速度测量。粒子轨迹法测速的关键是正确识别粒子轨迹并确定其长度,为此发展了从图像中判别粒子轨迹的算法,提出了确定轨迹长度的一维拟合算法。通过对模拟粒子轨迹图像的计算分析,检验了一维拟合算法的计算效率和精度。利用文中发展的粒子轨迹法对固体火箭发动机尾焰中大尺寸颗粒进行了全流场速度测量。测量结果展示了尾焰中粒子速度随时间的演化,揭示了在超音速尾焰中大尺寸粒子速度随着距喷管出口距离的增加而衰减的定量特征。在全部测量区域内及测量时间内,没有观察到粒子速度的突变,这表明大颗粒的运动速度没有受到尾焰中激波的影响。该测量手段为固体火箭发动机尾焰中大尺寸颗粒的速度测量提供了新的选择。

不同环境压强下炭黑含量对聚乙烯点火和燃烧性能的影响

为了获得炭黑质量分数和环境压强对固体燃料聚乙烯点火和燃烧性能的影响,加工了不同组分配比的固体燃料样品。以CO2激光器作为点火源研究了它们的点火和燃烧特性。用高速摄影仪记录实验过程。用扫描电子显微镜观测了燃烧后的固体燃料表面形貌。分析了不同环境压强下不同组分配比固体燃料的点火燃烧过程、点火延迟时间和燃速。结果表明,固体燃料聚乙烯的点火过程为典型的气相点火,燃烧火焰属扩散火焰。点火延迟时间随着炭黑的加入急剧缩短,当炭黑质量分数大于20%时,炭黑质量分数的增加对点火延迟时间的影响很小。点火延迟时间随着环境压强的增加缩短,当环境压强大于0.2MPa时,环境压强的增加对点火延迟时间的影响也很小。根据实验结果,采用最小二乘法,拟合得到了环境压强为0.1,0.2,0.3,0.4,0.5MPa时点火延迟时间与炭黑质量分数的函数关系式。固体燃料的燃速随炭黑质量分数的增大而减小,随压强的增大而增大,当炭黑质量分数大于5%时,炭黑质量分数是影响固体燃料燃速的主要因素。

环境氧含量和压力对铝镁贫氧推进剂燃烧性能的影响

为研究不同海拔处大气氧含量(氧体积分数)变化对铝镁贫氧推进剂燃烧特性的影响,采用激光辐射点火,使用高速摄影仪记录推进剂的点火与燃烧过程,并利用红外测温仪测量推进剂的表面温度及火焰温度,研究了环境氧含量与压力对推进剂的点火过程、火焰温度和燃速的影响。结果表明,环境气体氧含量高于推进剂热解产物中氧含量时,点火气相化学反应主要发生在推进剂热解产物与环境气体的扩散区,初现焰远离推进剂表面,但随着压力增加,扩散区与推进剂表面之间距离减小;火焰温度与环境氧含量和压力线性正相关;压力与环境氧含量增加时,铝镁贫氧推进剂燃速增加,压力和环境氧含量对铝镁贫氧推进剂燃速的影响符合B数理论,压力是影响推进剂燃速的主要因素,但随着压力增加,压力对燃速的影响相对减小,压力从0.1 MPa增加到1.5 MPa时,压力和环境氧含量的燃速敏感系数比从200下降到40。

环境气体氧含量对NEPE推进剂激光点火过程的影响

为研究环境气体氧含量对硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂激光点火过程的影响,采用CO2激光辐射点火并利用高速摄影仪记录NEPE推进剂的点火过程,讨论了环境气体氧含量对NEPE推进剂初焰位置与点火延迟时间的影响。结果表明,当环境气体氧含量小于NEPE推进剂热解产物中氧化性气体含量时,NEPE推进剂点火的气相反应发生在推进剂热解产物的分散区,初焰紧靠NEPE推进剂表面,环境气体氧含量变化不影响NEPE推进剂的点火延迟时间;当环境气体氧含量大于NEPE推进剂热解产物中氧化性气体含量时,NEPE推进剂点火的气相反应发生在推进剂热解产物与环境气体的扩散区,初焰远离NEPE推进剂表面,此时由于扩散区氧含量高于NEPE推进剂热解产物分散区氧含量,NEPE推进剂的点火延迟时间减小。

负压环境下铝镁贫氧推进剂激光点火及燃烧特性

为研究不同负压对铝镁贫氧推进剂的点火及燃烧特性的影响,在负压环境下(0.01,0.02,0.04,0.06,0.08,0.1 MPa)和不同热流下(1.26,1.86,2.23,2.79 W·mm^(-2))采用CO_2激光点火系统对铝镁贫氧推进剂进行点火实验,使用高速摄影仪记录点火燃烧过程,使用两个光电二极管同时监测激光和火焰信号得到其点火延迟时间,研究了负压对推进剂点火延迟时间、燃烧过程和燃速的影响。结果表明,压强影响推进剂热解气体的扩散,压强为0.08 MPa时,初焰为圆柱状,随着压强降低至0.02 MPa,初焰为圆球状;随着压强的降低,推进剂点火延迟时间增加,但随着热流密度的增大,压强对点火延迟时间的影响显著降低;压强对推进剂燃速影响较大,随着压强的降低,推进剂燃速降低,当压强从0.1 MPa降至0.01 MPa时,燃速降低47%;同时,在负压环境下,Vielle燃速公式更适用于表征铝镁贫氧推进剂的燃速特性。