一种新型固体火箭发动机燃料——石蜡基燃料

综述了用于固液混合发动机用的一种新型固体火箭燃料——石蜡基燃料的研究状况,总结了部分具有代表性的研究成果,分析了石蜡基燃料在混合火箭发动机的应用中可能存在的问题。认为石蜡基燃料将是未来固液混合火箭发动机应用中很有发展潜力的一种固体燃料。

石蜡基燃料固液混合发动机燃面退移过程预示方法

与传统固液混合发动机燃料相比,石蜡基燃料的液滴“夹带”机制对固液混合发动机燃料表面的“阻滞”效应存在缓解作用,有效提高了燃面退移速率。通过引入吹风系数加权因子表征了该缓解作用,建立了石蜡基燃料燃面退移过程预示方法,为阐述石蜡基燃料的燃面退移过程提供了理论基础。结果表明,当吹风系数加权因子n=0.4时,该方法的预示结果与实际测量值最为接近;石蜡基燃料“夹带”机制可以极大提高固体燃料燃面及附面层内的吸热量,缓解了“阻滞”效应,但使得燃气向燃面的辐射换热热流减弱;随着燃面退移,固液混合发动机燃料表面的“阻滞”效应逐渐减弱,石蜡基燃料“夹带”机制对于“阻滞”效应的缓解作用,随着该效应自身的减弱也逐渐减弱。

喷注方式和骨架结构对骨架增强石蜡燃料燃烧影响的数值分析

针对聚合物骨架镶嵌石蜡固体燃料在固-液混合火箭发动机中的燃烧问题,开展螺旋型和六角型骨架增强石蜡燃料在直/旋流喷注固-气掺混燃烧器中的燃烧试验,利用CFD软件对燃烧过程进行数值仿真研究。对四种工况燃烧过程进行比较,分析骨架结构和喷注方式对燃烧室内燃烧的影响。结果表明:骨架材料和石蜡基燃料退移速率差异较大,随着燃烧进行骨架结构逐渐凸显。湍流强度和燃料质量流量共同影响燃烧室温度,燃烧室温度随着燃烧进行呈波动下降趋势。旋流喷注工况的燃烧室温度高于直流喷注工况,燃烧室头部存在高温区,轴向温度分布较直流喷注更加均匀,而直流喷注中燃烧室中段存在温度激增。在直流喷注条件下,相较于六角型骨架,螺旋型骨架更能提高燃烧室湍流强度。在旋流喷注条件下,氧化剂旋流强度对湍流强度提升起主导作用,骨架结构影响较小。