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。     

应用于定容燃烧器法的热损失修正技术分析

准确地获得定容燃烧器内燃烧过程中热损失作用下的实际燃气温度Tg是定容燃烧器法需解决的一项关键技术.论文对国内外研究人员通过传热计算热损失等方法获得Tg进行了分析,指出了它们的不可取性.并在此基础上提出了精度较高的工程热损失修正技术,最后给出了应用此技术测试得到的一种复合推进剂和一种双基推进剂的燃速结果.研究结果表明,测试相对误差在2%以内.     

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。     

横向过载对固体火箭发动机推进剂点火建压过程的影响

大过载下固体火箭燃烧与流动状态的剧烈变化会导致内弹道出现异常,严重时可能会引起发动机点火失败。为研究横向过载时点火内弹道特性,建立囊括流场惯性过载效应、过载燃烧效应和侵蚀燃烧效应的点火模型。对不同横向过载下燃烧室压力和侵蚀与过载效应燃速增速占比进行计算,并给出了推进剂火焰传播速度与升压速率的关系。结果表明：正向过载下压力峰值增加,负向过载下压力峰值降低;正向过载下,推进剂前段主要由过载效应影响,后段主要由侵蚀效应影响;正向过载加剧下游侵蚀效应,而负向过载对推进剂的燃烧起削弱作用,但程度较弱、持续时间较短;火焰传播速度峰值时刻、推进剂表面首次全部点燃时刻和升压速率峰值点时刻几乎一致,工程上可以用实验中获得的升压速率分析推进剂表面燃烧状况。     

NEPE推进剂在氮气及空气中的点火燃烧特性

为了研究NEPE推进剂的点火燃烧特性,搭建了CO₂激光点火试验平台,使用高速摄影仪拍摄在不同气体环境下NEPE推进剂的燃烧过程,通过信号采集系统测量NEPE推进剂的点火延迟时间,对NEPE推进剂在0.1~3.0 MPa氮气及空气中的点火燃烧特性进行了研究。结果表明,环境压强和环境气体会影响NEPE推进剂的点火燃烧过程,环境压强越大,NEPE推进剂燃烧越激烈,且NEPE推进剂在空气中燃烧时比氮气中更加剧烈。NEPE推进剂的点火延迟时间随着环境压强的增大而减小,当环境压强从0.1 MPa增大到3.0 MPa时,氮气中的点火延迟时间由0.51 s减小到0.29 s,而空气中的点火延迟时间由0.32 s减小到0.18 s,但是当环境压强大于0.5 MPa时,环境压强对点火延迟时间的影响显著降低。同时环境压强会影响NEPE推进剂的燃烧速率,当环境压强从0.1 MPa增加到3.0 MPa时,氮气中的燃速从1.71 mm·s^-1提高到4.54 mm·s^-1,空气中的燃速从2.51 mm·s^-1提高到11.4 mm·s^-1,NEPE推进剂在空气中的燃烧速率增长幅度更大。最后通过燃速经验公式进行拟合,表明Vielle燃速公式更适用于表征NEPE推进剂在0.1~3.0 MPa下的燃速特性。     

密闭燃烧器法测推进剂燃速-两种不同热损失修正方法的比较

热损失修正是密闭燃烧器法测推进剂燃速的关键技术之一。本文推导了用微分方法处理密闭燃烧器法测推进剂燃速的数学模型，分析了平均热损失修正及动态热损失修正两种方法原基本原理，在此基础上将两种修正方法应用于密闭燃烧器法的数据处理。     

环境氧含量和压力对铝镁贫氧推进剂燃烧性能的影响

为研究不同海拔处大气氧含量(氧体积分数)变化对铝镁贫氧推进剂燃烧特性的影响,采用激光辐射点火,使用高速摄影仪记录推进剂的点火与燃烧过程,并利用红外测温仪测量推进剂的表面温度及火焰温度,研究了环境氧含量与压力对推进剂的点火过程、火焰温度和燃速的影响。结果表明,环境气体氧含量高于推进剂热解产物中氧含量时,点火气相化学反应主要发生在推进剂热解产物与环境气体的扩散区,初现焰远离推进剂表面,但随着压力增加,扩散区与推进剂表面之间距离减小;火焰温度与环境氧含量和压力线性正相关;压力与环境氧含量增加时,铝镁贫氧推进剂燃速增加,压力和环境氧含量对铝镁贫氧推进剂燃速的影响符合B数理论,压力是影响推进剂燃速的主要因素,但随着压力增加,压力对燃速的影响相对减小,压力从0.1 MPa增加到1.5 MPa时,压力和环境氧含量的燃速敏感系数比从200下降到40。     

固体火箭推进剂的模拟低温点火冲击试验加载方法研究

固体火箭推进剂低温下点火瞬间高速加载的耦合作用可能会导致推进剂结构发生破坏,针对此问题,利用推进剂中止熄火的原理,设计了一种中止压力可控模拟点火冲击试验装置,以点火药燃烧产生的燃气对推进剂进行模拟点火冲击。点火压力根据药室容积和点火药量之间的计算公式确定,中止压力通过爆破片破片压力控制。通过对点火冲击过程的压力与时间和升压速率与时间关系曲线分析,得知点火压力和点火方式对点火药燃气的升压速率影响较大。多次重复试验表明：该加载方法中止压力可控,压力偏差<±5%;弱点火时升压速率为2 000 MPa/s,强点火时升压速率达到5 000 MPa/s, 高于通常发动机点火的升压速率;可作为固体火箭推进剂模拟低温点火冲击的研究手段。     

CL-20基无烟NEPE推进剂的燃烧性能和能量性能研究

研究了CL-20部分代替RDX对不含燃速调节剂的无烟NEPE推进剂燃烧性能和能量性能的影响.结果表明,CL-20的加入明显提高了推进剂的燃速,CL-20含量为30%时,推进剂不同压强下的燃速均提高50%以上;CL-20替代推进剂中的RDX,明显改善了推进剂的能量性能,CL-20含量为30%时,推进剂的定容爆热增大9.2%,实测密度增大3.5%.     

高能复合改性双基推进剂的燃速特性(Ⅰ)——基本推进剂的燃烧特性

为明确双基推进剂每单位质量所含能量影响燃速的物理特性量，研究了燃烧波结构。利用氮气加压的套罩式燃烧器燃烧推进剂药条试样，观察了火焰，测量了火焰的温度分布。明确了最终火焰温度对燃速没有直接影响。推进剂含能量即最终火焰温度增加时，暗区的温度增加，与此同时推进剂的燃速增加。这是因为含能量增加时沸腾区的ＮＯ２气体增加，反应加速，在推进剂燃烧表面的温度梯度即热流束增加，促使燃速增加。     

含硼富燃料推进剂各组分对其低压燃速的影响

采用推进剂静态燃速测试仪和氧弹式量热器的试验方法,研究了各组分对含硼富燃料推进剂低压燃速和爆热的影响。结果表明：增加高氯酸铵(AP)含量、添加燃速催化剂、增加超细AP的含量,可以提高该推进剂的低压燃速;硼含量的增加可以提高推进剂的爆热,但燃速略有降低。热分析的结果表明：增加含硼富燃料推进剂的凝相放热是提高其低压燃速的主要原因。     

不同环境压强下炭黑含量对聚乙烯点火和燃烧性能的影响

为了获得炭黑质量分数和环境压强对固体燃料聚乙烯点火和燃烧性能的影响,加工了不同组分配比的固体燃料样品。以CO2激光器作为点火源研究了它们的点火和燃烧特性。用高速摄影仪记录实验过程。用扫描电子显微镜观测了燃烧后的固体燃料表面形貌。分析了不同环境压强下不同组分配比固体燃料的点火燃烧过程、点火延迟时间和燃速。结果表明,固体燃料聚乙烯的点火过程为典型的气相点火,燃烧火焰属扩散火焰。点火延迟时间随着炭黑的加入急剧缩短,当炭黑质量分数大于20%时,炭黑质量分数的增加对点火延迟时间的影响很小。点火延迟时间随着环境压强的增加缩短,当环境压强大于0.2MPa时,环境压强的增加对点火延迟时间的影响也很小。根据实验结果,采用最小二乘法,拟合得到了环境压强为0.1,0.2,0.3,0.4,0.5MPa时点火延迟时间与炭黑质量分数的函数关系式。固体燃料的燃速随炭黑质量分数的增大而减小,随压强的增大而增大,当炭黑质量分数大于5%时,炭黑质量分数是影响固体燃料燃速的主要因素。     

点火药点火性能的研究

研究了3种点火药的燃烧性能及它们对气体发生剂的点火能力.试验表明,黑火药的比容较大,但燃烧热较小,而B点火药的燃烧热很大,但比容较小,因此它们的点火压力不大.K1K点火药燃烧热较高且比容较大,即点火压力较高,它能迅速点燃NFA -2气体发生剂,并提高这个气体发生剂的燃烧速度.     

少烟富燃复合推进剂低压燃烧特性（英）

在0.1MPa到1MPa的低压范围内,实验研究了一系列特定的HTPB/AP富燃复合固体推进剂的燃烧特性。研究表明：高压、高AP浓度和较小的AP粒子尺寸能促进稳定燃烧,提高燃速和燃烧效率,降低点火温度。加入亚铬酸铜（CC）作为增速剂能提高整个压力范围内的燃速,加入6%CC可降低推进剂点火温度16%,燃烧效率可达96%,而没有添加CC的推进剂配方燃烧效率为31%~73%。研究表明,在极低的压力下Vieille燃速公式对此系列推进剂仍然适用。     

聚乙烯在固体燃料冲压发动机中的燃速影响因素研究

针对影响聚乙烯（PE）在固体燃料冲压发动机燃烧室中的燃速因素,采用数值仿真与直连式实验相结合的方法,研究了空气质量通量和固体燃料内径对PE燃料平均燃速和当地燃速的影响,分析了无量纲回流区长度与突扩台阶高度的关系。研究表明,PE燃料平均燃速与空气质量通量呈幂函数递增关系,与固体燃料内径呈幂函数递减关系;点火过程的影响以及湍流燃烧模型对突扩台阶后回流区内传热的计算精度是引起回流区内计算结果与实验结果误差较大的重要原因;无量纲回流区长度与突扩台阶高度呈线性递增函数关系。研究结果对固体燃料冲压发动机燃烧室的设计具有一定的参考价值。     

粘结压实药柱变容燃烧中止实验研究

为研究压实装药在变容情况下的动态燃烧稳定性、安全性能及不同表面处理方法对动态燃烧渐增性能的影响,将太根小粒药表面进行解体预处理后,采用乙醇/丙酮高温热蒸汽软化法将其压实成堆积密度为1.35 g·cm^-3的药柱,再进行表面处理,得到待测的压实药柱样品。利用设计自制的变容燃烧模拟器进行动态燃烧中止试验,并记录燃烧过程的压力-时间曲线。与用纯的硝化棉胶包覆的压实药相比,添加点火敏化剂包覆样品易于点火,而添加钝感剂的包覆样品点火滞后,动态活性降低,燃烧渐增性较好。所制得的粘结压实药解体完全、燃烧稳定,药粒无破碎,发射过程是安全的。结果表明:合适的表面处理方法能有效抑制粘结压实药柱的起始燃气生成速率,实现较好的渐增性燃烧。     

低压环境下高密度压实黑火药柱燃速规律研究

黑火药是一种经典的点火药,但其在低气压环境（高空）下的燃烧性能却鲜有研究。为了了解黑火药的低压燃烧性能,采用光-电靶法测试了不同药柱密度、不同温度和不同低压条件下高密度压实黑火药柱的燃速。研究结果表明,黑火药柱的燃速随环境压力的下降快速变小,燃速与环境压力呈线性关系。当环境压力下降到20 kPa时,黑火药柱会出现瞎火或断火的现象;药柱密度增大,黑火药柱燃速逐渐变小,药柱密度对黑火药柱燃速的影响会随着环境压力的降低逐渐变大;温度升高,黑火药柱的燃速缓慢变大,同时温度对黑火药柱燃速的影响会随着环境压力的降低逐渐变小。也就是说,低压环境中,环境压力对黑火药柱燃速的影响比药柱密度和温度对黑火药柱燃速的影响要更大。通过双因素的数学拟合,建立了黑火药柱的燃速随环境压力和温度的变化规律。     

应用隔板式定容燃烧弹的甲烷-空气混合气射流引燃研究

在定容燃烧弹内添加带孔横隔板实现甲烷-空气混合气的射流引燃,可以达到甲烷-空气混合气快速燃烧的目的。利用纹影法研究了在不同的初始条件下,隔板位置、隔板孔径及隔板孔数等不同横隔板参数,对射流引燃实现甲烷-空气混合气快速燃烧的影响。将有隔板与无隔板条件下,单孔隔板与多孔隔板条件下的实验数据进行对比,结果表明：使用横隔板后较无隔板情况可以提高甲烷-空气混合气的燃烧速率;在文中实验条件下的隔板式定容燃烧弹中,横隔板在中间位置时主燃烧室最易发生燃烧现象;甲烷-空气混合气的燃烧压力峰值随横隔板孔径和孔数的增加呈现先增加后减小的趋势,燃烧压力峰值出现时刻随横隔板孔径和孔数的增加而提前。