收集处理方法对含铝固体推进剂凝相燃烧产物特性影响

含铝固体推进剂凝相燃烧产物特性对固体火箭发动机的燃烧效率、燃烧稳定性和绝热安全性等影响重大。为获得准确可靠的凝相燃烧产物的理化特性,利用定压燃烧装置来收集凝相燃烧产物,采用马尔文激光粒度分析仪、扫描电镜及X射线衍射仪对产物进行表征,研究收集介质、干燥处理和超声分散对凝相燃烧产物性质的影响。结果表明,使用水收集获得的凝相燃烧产物平均粒度与氮气收集条件下相比大60%,水收集法适用于研究推进剂近燃面凝相燃烧产物。干燥处理能保证凝相燃烧产物样品中大尺寸颗粒的有效取样,在粒度测试之前需要对样品进行干燥处理来获取准确的凝相燃烧产物粒度分布数据。超声分散会导致大颗粒团聚物含量降低,小颗粒团聚物含量升高,最终显著降低凝相燃烧产物平均粒径。粒度测试时,在80kHz条件下,超声分散参数设定为40 W,5 min较为合适。基于研究结果,提出了一套科学合理的凝相燃烧产物收集处理方法。

基于凝相燃烧产物分析的固冲发动机补燃室硼燃烧特性研究

由于硼具有热值高、着火温度高等特点,使得其在固冲发动机中的应用成为研究的热点和难点。以开展固冲发动机条件下的硼燃烧试验研究为目的,建立了一套试验系统。基于这一试验系统,对不同轴向位置的凝相燃烧产物进行试验取样,在XRD、SEM和EDS等物理分析的基础上,对物相成分进行定量分析,研究了不同轴向位置的硼局部燃烧效率和完全燃烧效率,获得了硼燃烧效率和完全燃烧效率沿轴向的分布规律。

收集方法对NEPE推进剂凝相燃烧产物特性的影响

采用燃烧室药条法、密闭容器法和密闭弹燃烧法收集NEPE推进剂凝相燃烧产物(CCP),研究了收集方法对CCP粒度分布、表面形态及元素组成的影响。结果表明,3种收集方法所得CCP的D43、D50和W≥100μm大小关系:燃烧室药条法>密闭弹燃烧法>密闭容器法。密闭容器法收集的产物颗粒表面粗糙,含C元素和其他杂质元素多,可能与其颗粒冷却方式有关;燃烧室药条法和密闭弹燃烧法得到的产物颗粒表面光滑,含C元素和其他杂质元素少。

固体推进剂定淬息距离凝相燃烧产物收集方法

含铝固体推进剂凝相燃烧产物对发动机的能量特性、热防护以及燃烧稳定性均有重要影响。为了排除燃烧过程中推进剂燃面退移造成的凝相燃烧产物淬息距离逐渐增大的影响,设计并建立了一套基于恒定淬息距离的凝相燃烧产物收集系统,并通过典型丁羟四组元推进剂凝相燃烧产物的收集和分析,对该收集方法进行了校验。结果表明,淬息距离恒定使得凝相燃烧产物中的大粒径颗粒含量明显增大,小粒径的颗粒含量减小,产物中的单质铝含量增加。粒度分布与燃烧效率的差异验证了该收集方法的必要性及合理性。基于新的收集方法,研究发现燃烧室压力的增大使得推进剂燃面团聚程度减弱,团聚物平均粒径减小,收集到的凝相燃烧产物的平均粒径随压力增大而减小。

固体发动机凝相燃烧产物研究综述

固体推进剂凝相燃烧产物对固体火箭发动机的性能具有重要影响。研究了固体推进剂凝相燃烧产物的研究进展,主要包括凝相燃烧产物的收集与实验诊断方法、物理化学特性、演化机理与模型、两相流数值模拟、燃烧效率优化方法。同时对现有研究中存在的局限性进行了讨论,并分析了未来的研究趋势。建议在以下几个方向开展系统深入的研究:包括建立更加精细的凝相产物收集系统和更加全面分析方法、构建推进剂配方与凝相燃烧产物特性间的关系、建立更加精准的凝相燃烧产物演化模型、探究燃烧效率优化方法。

组合推进剂下凝相燃烧产物对喷管壁面温度的影响

为研究高低燃温组合推进剂凝相产物对喷管壁面温度的影响,设计了不同低燃温推进剂含量及燃烧产物粒径的对比工况。研究结果表明,低燃温推进剂燃气有效降低了壁面温度及减少粒子对壁面的碰撞,两者对壁面温降作用相当。同时开展了组合推进剂下喷管外壁面温度测试试验,低燃温推进剂含量为6.8%时,喷管外壁面最高温度下降40.5%。最后开展了流固耦合计算,获得了喷管外壁面温度随时间的变化,计算结果与试验数据基本一致。

含硼固冲发动机补燃室内凝相产物燃烧效率测试方法

针对含硼贫氧推进剂固体火箭冲压发动机,提出了一种补燃室内凝相产物燃烧效率测试方法。设计了水冷探针取样装置,传热计算结果证明了该装置取样过程的可靠性。通过地面直连式试验,对补燃室凝相产物进行了采集,分2个工况,并使用现代仪器手段SEM、EDS及XRD,对产物的化学成分进行了深入分析。结果表明,凝相产物主要包含B、O和C三种元素;产物的主要成分为B2O3。此外,还含有B13C2、B2Ti、MgO2、Fe3O4和Ti2O3。工况1的B2O3的质量百分含量明显高于工况2,工况2的B13C2的质量百分含量明显高于工况1,每个工况自发动机轴线向壁面的径向变化过程中,B2O3的质量百分含量逐渐减小,B13C2的质量百分含量却逐渐增大。分析得出,硼的燃烧效率随着补燃室长度的增加而升高;而自发动机轴线向壁面的径向变化过程中,硼的燃烧效率逐渐降低。

Al和AP粒径对CL-20推进剂燃面团聚及凝相产物特性的影响

为了研究Al和AP粒径对CL-20推进剂燃面团聚及凝相产物特性的影响,通过铝颗粒团聚可视化拍摄结合凝相燃烧产物(CCPs)特性分析的方法,对CL-20高能推进剂中铝的团聚过程进行了拍摄,并收集了CCPs;统计了燃面处不同粒径团聚物的滞留时间,对CCPs进行了微观形貌观察、物相分析及粒度分布测量,分析了Al和AP粒径对CL-20推进剂团聚及CCPs特性的影响。结果表明,随着团聚物粒径的增大,燃面处团聚物的滞留时间逐渐增大;对于粒径分布在60~270μm之间的团聚物,其滞留时间在1~20ms;CCPs中主要存在Al2O3和Al两种物质,包括粒径约1μm的氧化铝烟尘颗粒和粒径大于100μm的团聚物颗粒;Al粒径的减小导致CCPs最大峰值粒度增大,1μm左右的粒子体积分数增大,团聚程度增大;AP粒径的减小导致CCPs最大峰值粒度减小,1μm左右的粒子体积分数减小,团聚程度减小。

固体推进剂燃烧过程铝团聚研究进展

综述了固体推进剂燃烧过程铝的团聚和凝相燃烧产物研究进展,对现有研究中存在的局限性进行了讨论,并分析了未来的研究趋势。建议未来在以下几个方向开展系统深入的研究,包括高压下固体推进剂燃烧过程铝团聚微观动力学机理,推进剂配方对团聚影响系统性实验研究,团聚模型,铝团聚抑制方法等。非常规铝粉的使用、对铝表面进行包覆等新型的团聚抑制方法应当予以重点关注。

NEPE推进剂燃烧过程及铝团聚特性

为了研究NEPE推进剂的燃烧过程以及铝颗粒团聚特性,通过高速相机与长焦显微镜头结合的光学拍摄方法记录推进剂的燃烧过程,使用红外热像仪记录燃烧过程中的燃烧波火焰温度,同时收集推进剂的燃烧产物,最后使用扫描电子显微镜(SEM)和激光粒度仪对燃烧产物进行了分析。结果表明,在推进剂燃烧的5个阶段:起始点火、火焰扩散、稳定燃烧、火焰衰减、火焰熄灭中均存在铝团聚物的飞溅现象。在0.5~2.0 MPa下,随着环境压强的增大,高温燃烧区域逐渐增大,燃面处铝团聚物的数量增多,但铝团聚物的粒径逐渐减小。推进剂的燃烧产物主要分为铝团聚物和氧化颗粒两类,铝团聚物粒径在50~600μm之间,氧化铝颗粒的粒径通常不超过1μm。