丁羟推进剂高压燃速及其调控方法研究进展

从丁羟推进剂的燃烧波结构出发,分析了高低压下推进剂燃烧火焰结构和燃面结构的变化,并借助燃速表达式阐明气固两相的传热传质是影响燃速的重要因素。综述了HTPB、AP粒径分布、RDX和HMX粒径等对丁羟推进剂高压燃速的影响,总结了金属氧化物、二茂铁及其衍生物、纳米催化剂、碳材料及其复合物、复合燃速调节剂在燃烧性能调控方面的研究进展,并分析了高压下丁羟推进剂发生燃速突增的可能原因。最后指出今后应加强以下几方面研究:(1)研究配方对丁羟推进剂高压燃烧性能的影响,阐明燃速拐点压强的变化规律;(2)研究压强对丁羟推进剂中各个组分燃烧特性以及组分之间相互作用的影响;(3)开发新型燃速调节剂,实现对丁羟推进剂高压燃烧性能的有效调控。

AP/HTPB底排推进剂高压燃烧实验及燃速的优化模型

为了研究AP/HTPB底排推进剂在火炮膛内高压工况下的燃烧特性,借助密闭爆发器进行了底排推进剂高压燃烧实验,获得了50～190MPa的指数燃速公式。为得到与实测压力最佳拟合的燃速公式,采用多岛遗传与序列二次规划组合寻优的方法对燃速系数和压力指数进行了优化设计。结果表明,用优化方法计算的压力值与实测值的吻合度优于常规方法,能更准确地反映底排推进剂AP/HTPB的高压燃速特性。

冲量法测试固体推进剂高压动态燃速及压强指数

为了解决固体推进剂在高压下燃速测试方法的不足,提出了一种固体推进剂高压动态燃速测试方法---冲量燃速测试法。该方法通过固体推进剂在火箭发动机中的增面燃烧,得到发动机工作过程中的递增F-t曲线和p-t曲线,根据单位时间产生的冲量与已燃烧推进剂质量的关系(冲量法),计算得到了发动机工作全过程中不同时刻对应压强下的燃速值。实验对比了在助推器中常规双铅-2(SQ-2)推进剂的燃速与冲量法测得的燃速,并通过测试某中能推进剂的燃速对冲量燃速测试法进行验证。结果表明,冲量法测得SQ-2推进剂在压强为10.62、7.89和7.63M Pa下的燃速分别为12.134、11.369和11.258mm/s;而助推器法在相应压强下的燃速分别为12.056、11.104和10.91mm/s,冲量法所得结果略高,最大误差约为3%;冲量法测得某中能复合推进剂的燃速特性为r=6.46p0.443(p=8~23M Pa)、r=3.49p0.635(p=23~47MPa);实现了通过单次增压实验测试固体推进剂任意压强点的燃速。

含快燃物ACP丁羟推进剂高压燃烧特性和常压火焰结构

为了研究水合-四-(4-氨基-1,2,4-三唑)高氯酸铜(ACP)对推进剂燃烧特性的影响,利用高压燃速测定系统研究了ACP对丁羟推进剂3~29 MPa压力范围内燃速的影响;收集推进剂在不同压力(3,10,20 MPa)下的燃烧产物,分析了ACP对燃烧产物化学组成的影响;采用显微高速摄像系统获取了推进剂的燃烧火焰和燃烧表面,对燃烧熄火表面及组分进行了研究。结果表明,在丁羟推进剂中添加ACP可大幅提高燃速,添加5%ACP可使推进剂29 MPa下的燃速提高84.8%,9~11 MPa为不稳定燃烧压力区。燃烧压力3 MPa的完全燃烧产物中活性铝含量为16.22%。推进剂在0.1 MPa燃烧时,存在粒径约100μm的粒子被燃烧气流从燃烧表面带入到气相区中分解燃烧的现象,熔铝粒子在燃烧表面无明显团聚。添加ACP使燃烧表面不规则程度增加。

定容燃烧器法热损失率不确定度分析

定容燃烧器法是一种测试高压下固体推进剂燃速特性的方法。定容燃烧器法工作过程中散热损失是影响燃速测试精度的主要因素。推导了热损失率计算方程,分析了各因素对热损失率的影响;建立了热损失率测试结果的不确定度评定方法,并对测试结果进行了不确定度评定。研究表明,推进剂试样燃面、燃气定容比热、燃气压强、燃气温度是影响热损失率不确定度的主要因素,其中燃面是影响热损失率不确定度的最大因素;后续实验中必须提高推进剂试样尺寸加工精度,减小推进剂试样燃面误差。

Progress in research on mixing techniques for transverse injection flow fields in supersonic crossflows

The transverse injection flow field has an important impact on the flowpath design of scramjet engines. At present a combination of the transverse injection scheme and any other flame holder has been widely employed in hypersonic propulsion systems to promote the mixing process between the fuel and the supersonic freestream; combustion efficiency has been improved thereby, as well as engine thrust. Research on mixing techniques for the transverse injection flow field is summarized from four aspects, namely the jet-to-crossflow pressure ratio, the geometric configuration of the injection port, the number of injection ports, and the injection angle. In conclusion, urgent investigations of mixing techniques of the transverse injection flow field are pro- posed, especiaUy data mining in the quantitative analytical results for transverse injection flow field, based on results from multi-objective design optimization theory.