膏体富燃料推进剂冲压发动机挤压输送特性试验研究

对两种膏体富燃料推进剂（含硼推进剂和铝镁推进剂）进行了挤压输送安全性试验与输送特性试验研究，证明两种膏体富燃料推进剂在1．5～8．0MPa下挤压输送及喷射是安全可靠的，并进行了膏体富燃料推进剂冲压发动机一次燃烧摸底试验。试验证明，工作安全，喷射、点火、燃烧正常。

膏体推进剂冲压发动机一次燃烧试验

针对额定流量和流量调节条件下膏体冲压发动机一次燃烧组织稳定的要求,提出了一种燃面自适应燃烧组织模式,设计了一次燃烧组织试验系统,进行了一次燃烧组织试验。试验结果表明,推进剂输送稳定,点火时序和推进剂输送时机合理,防回火措施有效,燃烧室压强经过调整后能够稳定在设计值附近。燃面自适应燃烧组织模式可以实现燃面的自适应调节,使推进剂输送和燃烧保持平衡,保证发动机的一次燃烧稳定。

含硼贫氧推进剂固体燃料冲压发动机性能计算

固体燃料冲压发动机所用推进剂为贫氧推进剂 ,故其热力计算与普通固体火箭发动机不同 ,但也有相似的地方。简述了固体燃料冲压发动机基于布林克莱法的热力计算原理 ,并以含硼贫氧推进剂为例 ,对固体燃料冲压发动机进行了不同情况的热力、流动和性能计算。得出了发动机比冲与推进剂中硼粒子含量、飞行高度及飞行马赫数之间的定性关系。

硼基富燃料推进剂跨介质冲压发动机工作特性方案研究

针对跨介质反舰导弹对高性能动力装置的需求,提出了一种采用硼基富燃料推进剂的跨介质冲压发动机。分析了空中和水下巡航过程中跨介质反舰导弹的阻力特性,对比分析了硼基富燃料推进剂与铝基富燃料推进剂在跨介质工作条件下的理论性能,计算并对比分析了不同硼基富燃料推进剂配方的理论比冲;完成了硼基富燃料推进剂跨介质冲压发动机设计参数选取和主要参数计算,提出了跨介质冲压发动机燃气流量调节方案。结果表明,通过提高富燃料推进剂中的硼含量能够有效提高跨介质冲压发动机理论比冲性能,采用硼基富燃料推进剂的跨介质冲压发动机在全弹道工作阶段具有更优的理论比冲。为进一步研究跨介质冲压发动机技术提供了理论依据。

金属/水反应膏体燃料冲压发动机供应系统研究

文中以建立新型超高速航行体动力能源供应系统为目的,首次提出以金属粉末膏体燃烧剂为推进剂,供应系统以挤压供应方式的构想。应用化学热力学、固体火箭发动机和液体火箭发动机原理,建立了数学模型,并对铝粉末和铝、镁粉末混合燃料的燃烧性能进行了仿真计算,计算结果表明:采用铝、镁粉末混合燃料为推进剂构成金属水反应燃料冲压发动机的能供系统方案是可行的。

膏体富燃料推进剂配方研究

研究了可用于双射程冲压发动机的膏体富燃料推进剂。结果表明，以PEPA/EG为粘合剂、无定型硼粉为燃料添加剂时，推进剂的实测热值可达28.7 MJ/kg。使用经表面处理的无定型硼粉，加入量可在40%以上。膏体富燃料推进剂具有剪切变稀的性质，其流动指数和稠度系数随温度的上升呈下降趋势。配方的低压可燃极限为0.2-0.3 MPa，燃速r0.5MPa〉12 mm/s，压强指数约为0.43。

膏体冲压发动机输送及调节技术试验研究

为了分析膏体冲压发动机的输送及调节特性,从发动机工作原理出发设计了推进剂输送及调节试验系统,针对所采用的膏体富燃料推进剂开展了试验研究。研究结果表明,在发动机工作条件下膏体富燃料推进剂的流动特性与幂率流体非常接近,可采用幂率流体层流流阻计算公式对试验管路内的流动损失进行估算,误差小于3%。通过增压压力较小的调节可获得较大的推进剂流量变化,具有调节系数大的特点,调节的响应时间随着推进剂粘性的增大而增大。

膏体冲压发动机构型对燃烧效率的影响研究

膏体冲压发动机是在膏体发动机和冲压发动机基础上提出的一种新型组合动力装置。探讨了膏体冲压发动机的多种构型,并对其反应流场进行了数值模拟和燃烧效率分析。结果表明,采用将膏体富燃料直接喷射到补燃室的方式燃烧效率较高;随着进气道轴向距离的增加,补燃室头部的燃烧效率有所降低;随着进气道夹角的增加,补燃室燃烧效率略有增加。

非化学平衡条件下膏体富燃料推进剂的热力计算

膏体富燃料推进剂一次燃烧处于非平衡条件下,本文建立了非平衡条件下热力计算的理论模型以及不同热力学状态下求解平衡组分和燃烧温度的控制方程组。对给定配方的膏体富燃料推进剂在非平衡条件下的燃烧温度进行了计算,并对本文采用的方法进行了验证,证明是可行的。

富燃料膏体推进剂在燃烧喷头流动中的流-固-热耦合数值模拟

膏体冲压发动机燃烧喷头内存在流动、换热及热传导,是一个典型的流-固-热耦合问题。文中针对燃烧喷头耦合问题进行了数值模拟,得到了不同挤压压强、不同推进剂初温条件下,燃烧喷头的温度分布和喷头孔内的推进剂流动参数。计算结果表明,燃烧喷头温度的热传导对推进剂流量会产生较大影响,而燃烧喷头温度场分布与挤压压强、推进剂温度关系不大,同时燃烧喷头具有特定的稳定工作时间。

新型膏体冲压发动机流量测量

为获得新型富燃料膏体推进剂的质量流量,在新型膏体冲压发动机研制过程中开展了两种测量方案的研究,分别为称重法和变换介质法。文中对新型富燃料膏体推进剂的特性进行了简要描述,并列举了其对流量测量的影响。然后分别介绍了两种质量流量测量方案的原理,并通过试验对比了两种方案的优劣。通过对比,变换介质法更能准确测量膏体推进剂的质量流量。

固体火箭冲压发动机二次燃烧试验研究

针对某工程论证需求,分别采用缩比和全尺寸固体火箭冲压发动机,利用地面直连试验系统,开展了壅塞式固体火箭冲压发动机试验研究,采用燃烧效率和试验比冲作为评价指标,对比分析了燃气发生器进气方式与喷嘴结构、空燃比、燃气流驻留时间、尺寸效应等因素对发动机二次燃烧性能的影响。结果表明,设计的一次进气发动机能够实现高效燃烧;在测试范围内,空燃比增大发动机燃烧效率降低;延长燃气驻留时间,提高了发动机二次燃烧性能。

富燃料推进剂的研制现状及展望

分析了固体火箭冲压发动机对富燃料推进剂的要求, 重点介绍了国内外镁铝、碳氢燃料和含硼富燃料推进剂应用及研究现状, 提出了高性能富燃料推进剂研制中急需解决的关键技术和技术途径, 并根据冲压发动机的特点, 指出今后应开展能量可控的膏状富燃料推进剂、高能GAP/ADN/B推进剂和低特征信号富燃料推进剂的研制。

含硼富燃料推进剂燃烧性能的研究进展

对国内外含硼富燃料推进剂燃烧性能的研究状况进行了综述,总结了提高含硼富燃料推进剂一次喷射效率和二次燃烧性能所采取的技术途径,主要包括硼粒子的表面包覆、推进剂配方的调整、燃气发生器喷管结构的改进、空燃比的变化、合理燃气喷射方式的选择、进气方式、二次进气间距以及进气量的优化等,这些改进可使含硼富燃料推进剂一次喷射效率提高,燃烧残渣减少,二次燃烧效率也大幅度改善。

固体燃料冲压发动机用富燃料推进剂的发展现状

由于优异的推进性能和简单的结构,固体燃料冲压发动机是最受关注的增程推进系统。综述了固体燃料冲压发动机的特点和对富燃料推进剂的要求,重点介绍了该富燃料推进剂的分类,指出了燃料研制过程需要突破的关键技术,如固体燃料点火技术、抗高过载技术、燃烧效率提高技术、燃速控制技术、燃料综合性能提高技术等。

提高含硼富燃料推进剂能量的技术途径

为提高含硼推进剂的能量，在确定基础配方的情况下，采用热力学计算软件。计算了含硼富燃料推进剂的理论能量，讨论了提高含硼富燃料推进剂能量的技术途径。计算结果表明，当推进剂中其他组分含量一定时，增加硼含量、减少AP含量或以HTPB代替BAMO／THF黏合剂，可提高含硼富燃料推进剂的比冲。发动机试验结果表明，在配方中添加质量分数5％～8％的镁粉，推进剂的一次喷射效率大于98％，细粒度硼粉和F类化合物可以提高该推进剂的比冲，而添加F3化合物可将比冲提高到9502N·s·kg^-1。

国外低特征信号富燃料推进剂的研究进展

综述了国外低特征信号富燃料推进剂的研究进展,归纳了研究低特征信号富燃料推进剂的技术途径。认为碳氢富燃料推进剂具有低特征信号的特点,是研究低特征信号富燃料推进剂的基础,采用非金属燃料是降低推进剂一次烟烟雾特征信号的有效途径,通过添加剂消除HCl是降二次烟的有效手段。对我国低特征信号富燃料推进剂的发展提出了几点建议。

固冲发动机含硼燃料燃面后退和燃烧特性

用高速摄影机研究了开窗式二元固体燃料冲压发动机燃料成分、压力和空气流量对位于回流区和边界层区的金属化燃料表面燃烧行为的影响。发现:不含燃烧催化剂的燃料燃烧区域延伸至较低压力,燃料具有较低的邵氏硬度。在回流区,点火/燃烧极限与表面热解强相关。许多金属化燃料从表面喷射出不燃烧的鳞片。鳞片厚度一般为200μm,它与压力无关,表面积从小于1mm^2到大约22mm^2。由鳞片剥离过程造成的质量消耗在整个燃料质量消耗过程中起着重要作用。双金属燃料和含燃烧催化剂的燃料则明显地存在着表面反应,从而增加厂表面温度。这对发动机中金属的完全燃烧是有利的。

固冲发动机补燃室二次燃烧实验研究

采用不确定度评定的地面直连冲压实验设备,对某全尺寸固冲发动机补燃室二次燃烧进行了实验研究。通过测定比冲效率,确定了不同的燃气发生器喷嘴结构、空气进气角度、进气头部距离和补燃室长度对二次燃烧的影响,并进行了机理分析。结果表明,五喷嘴比冲效率较高,燃气的切入方式对补燃室二次燃烧有重要影响;增大入射角度,可提高比冲效率,但加剧了燃烧产物在补燃室内的沉积;补燃室头部距离不宜过大,比冲效率不随头部距离线性增加;补燃室长度增加,可使比冲效率提高,但效果并不理想。

固冲发动机连管试验数据处理方法研究

针对固冲发动机连管试验,研究了柔性管路垂直进气推力的计算方法,进一步推导了由试验数据换算至规定状态下发动机性能参数的换算关系,并开展了两种不同富燃料推进剂的固冲发动机点火试验验证和数据处理,得到了较为合理的试验评定结果,为筛选出较优推进剂配方提供依据。