冲压增程炮弹补燃室内铝镁推进剂燃烧流场数值模拟

为研究镁对补燃室内燃烧的影响,利用概率密度函数模型和颗粒轨道模型,对冲压增程炮弹补燃室铝镁推进剂的二次燃烧流场进行了三维数值模拟。铝颗粒的燃烧采用蒸发扩散模型进行控制,湍流模型采用标准k-ε两方程模型。考虑镁质量分数、铝颗粒直径的影响,得出了产物组成、温度等发动机参数的变化趋势。结果表明:冲压增程炮弹补燃室头部有两处扩散火焰峰面,然后在补燃室中部混合成为一个火焰;随着镁质量分数由0%增加到15%,铝颗粒的燃烧效率由15%提高至35%;在镁质量分数相同的情况下,随着铝颗粒直径的增大,铝颗粒的燃烧效率减小。

铝镁贫氧推进剂的热分解特性

采用DSC、DTA、TG和DTG等热分析方法 ,研究了AP ,KP ,AP/KP混合氧化剂、AP/KP/HTPB模拟推进剂以及铝镁贫氧推进剂的热分解特性。研究发现 ,AP/KP混合氧化剂的热分解特性由两种氧化剂的热分解特性叠加而成 ,但AP的存在使KP热分解反应提前 ;贫氧推进剂的热分解过程由AP和KP的热分解、粘合剂的热分解等过程组成。

铝镁贫氧推进剂激光点火特性

为研究铝镁贫氧推进剂的点火特性,采用激光点火系统对推进剂在不同激光热流密度下进行了多组点火实验,结果表明:铝镁贫氧推进剂点火机理为凝聚相点火,激光热流密度在点火过程中起主导作用;在激光热流密度为176～646W/cm2的范围内,铝镁贫氧推进剂的点火延迟时间随着热流密度的增加而递减,且点火延迟时间变化趋缓。依据实验结果拟合出了不同热流密度下计算铝镁贫氧推进剂点火延迟时间的经验公式,该公式可计算激光热流密度在176～646W/cm2范围内铝镁贫氧推进剂的点火延迟时间。

镁铝富燃料推进剂热值的均匀性和稳定性及不确定度分析

以成熟的镁铝富燃料推进剂配方为基础,通过改进推进剂的制备工艺制备了含镁铝富燃料推进剂。采用恒温式氧弹热量计测试了系统取样的含镁铝富燃料推进剂的热值;用方差和T检验法研究了镁铝富燃料推进剂热值的均匀性和稳定性,并对有关测试不确定度进行了分析。结果表明,含镁铝富燃料推进剂热值具有较好的均匀性和稳定性,扩展不确定度小于3.0(k=2)。

TMO对铝镁贫氧推进剂低压燃烧性能影响

研究了过渡金属氧化物 (TMO )及其复配物对非壅塞固体火箭冲压发动机铝镁贫氧推进剂燃烧特性的影响。研究发现 ,氧化铁对提高铝镁贫氧推进剂燃速的作用显著。过渡金属氧化物组合 (氧化钴 /氧化铬和氧化铜 /氧化铬 )对提高铝镁贫氧推进剂的燃速催化作用显著 ,且含组合催化剂 (氧化钴 /氧化铬、氧化铜 /氧化铬和氧化铁 /氧化铜 )的贫氧推进剂具有高的燃速压强指数。

铝镁贫氧推进剂低压燃烧性能表征方法研究

系统研究了铝镁贫氧推进剂低压燃烧特性的表征方法。研究发现,低压下采用表压和绝对压强所得到的燃速压强指数不同,用Summerfield燃速公式回归燃速与压强的关系比Vieille燃速公式更好一些。

镁铝富燃料推进剂燃烧残渣影响因素理论分析

用最小自由能法计算了镁铝富燃料推进剂一次燃烧室产物的成分,分析了凝聚相C、Mg和A l产物含量的变化对燃烧残渣的影响;主要探讨了AP含量、Mg/A l比例、HTPB粘合剂含量、燃烧室压强对凝聚相C、Mg、A l燃烧产物含量的影响。计算结果表明,增加AP含量、设计Mg/A l比小于3/5、减小HTPB粘合剂含量、降低燃烧室压强均能减少凝聚相产物含量,有利于降低燃烧残渣。燃气发生器实验结果表明,Mg/A l比例对燃烧残渣影响的实验数据与理论分析一致。

二茂铁类燃速催化剂对含镁铝富燃料推进剂一次燃烧性能的影响研究

为了研究二茂铁类燃速催化剂对含镁铝富燃料推进剂一次燃烧性能的影响,设计了含不同种类、不同含量燃速催化剂的含镁铝富燃料推进剂配方,并对各配方的燃速、燃烧温度和爆热进行了测试。实验结果表明:叔丁基二茂铁、卡托辛和巴特辛均可明显提高含镁铝富燃料推进剂的燃速,其中巴特辛对含镁铝富燃料推进剂的燃速提升效果最为明显;加入叔丁基二茂铁和卡托辛后,含镁铝富燃料推进剂的燃速指数基本不变,但加入巴特辛后,推进剂的燃速与压强的关系背离指数关系;三种二茂铁类燃速催化剂均可通过提高一次燃烧过程中燃料和氧化剂的混合程度,使得推进剂的燃烧温度和放热量提高,其中巴特辛的效果最为明显。

含镁铝富燃料推进剂低压燃速规律研究

以成熟的含镁铝富燃料推进剂配方为基础选择制备推进剂的候选物,制备出均匀性和稳定性良好的含镁铝富燃料固体推进剂,并对影响该推进剂的燃速不确定度的因素进行了初步分析。结果表明,所制备的含镁铝富燃料推进剂燃速具有较好的均匀性和稳定性,其扩展不确定度小于2.0(k=2)。

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。

铝镁贫氧推进剂中铝颗粒团聚特性

为了研究铝镁贫氧推进剂中铝颗粒燃烧的团聚行为和特性,采用扫描电子显微镜和光学可视化实验方法,对铝镁贫氧推进剂的燃烧过程、铝颗粒团聚产物的微观结构和粒径进行了研究,建立了铝团聚物尺寸预测模型并与实验数据进行了拟合。结果表明,在燃烧表面形成的铝液滴团聚物脱离燃烧表面后,会发生二次团聚。在1.0 MPa下,推进剂试件燃烧较充分,铝颗粒燃烧后为光滑的球状氧化铝颗粒,镁颗粒燃烧后为白色絮状;在0.2 MPa下,推进剂试件燃烧不充分,铝颗粒没有被完全氧化,表面较粗糙。随着燃烧室压强的升高,铝团聚物的体积平均粒径D(4,3)减小,而表面积平均粒径D(3,2)增大,粒径分布趋向单峰化,说明随着压强的增加,D(4,3)和D(3,2)的值越接近,铝团聚物的形状越规则,粒径分布越集中。团聚物粒径与燃烧速率成反比。

富燃料推进剂端面燃烧规律的X射线诊断研究

利用X射线高速实时荧屏分析技术(RTR),针对燃气发生器铝镁富燃料推进剂端面燃烧规律开展了内视研究。实验成功采集了富燃料推进剂燃面推移图像,表明燃面是沿轴线以平端面进行推移。文中结合实验对端面燃烧规律和P-t曲线进行了分析。