PMMA在固体燃料冲压发动机中燃烧特性的实验研究

为研究聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)在固体燃料冲压发动机（SFRJ）中的燃烧特性,开展了不同装药通道直径、补燃室压强、来流空气质量流率等工况下的SFRJ直连式实验研究。成功获得了不同工况下压强、温度的变化规律、燃面平均退移速率、局部燃面退移速率。实验结果表明：装药通道直径增大,燃面平均退移速率降低,但补燃室压强和温度随之增大;在低压（＜0.8 MPa）条件下,补燃室压强越低,燃面平均退移速率、补燃室温度均随之降低,但影响是有限的。同时,当装药通道直径较小(Dp<=30 mm)时,首次发现了SFRJ的侵蚀效应现象。     

含石蜡燃料的能量特性和退移速率测试

含石蜡燃料是固液混合火箭发动机的理想能源,采用最小自由能法在富氧、富燃和最佳氧燃比条件下对组分含量不同的含石蜡燃料和端羟基聚丁二烯(HTPB)燃料进行能量特性计算,利用固气矩形混合发动机测试含石蜡燃料和HTPB燃料的退移速率。能量特性计算结果表明:在相同组分配方下,加入AP使燃料中含氧量增多、最佳氧燃比和比冲降低,加入Al能提高燃烧室温度和密度比冲;在相同氧燃比下,含石蜡燃料和HTPB燃料的比冲基本相同。退移速率实验结果表明:在氧气质量流率从25 g·s-1增加到40 g·s-1时,石蜡燃料的退移速率从0.79 mm·s-1增加到1.11 mm·s-1,HTPB燃料的退移速率从0.47 mm·s-1增加到0.68 mm·s-1;石蜡燃料的退移速率约为普通HTPB燃料的1.58~1.74倍。     

基于水平集方法和最小距离函数法的复杂装药燃面退移问题研究

利用水平集(Level-set)方法和最小距离函数(MDF)方法,对固体火箭发动机装药燃面退移问题进行研究。基于Level-set方法和MDF方法的相互耦合,建立了一种可以准确预测固体推进剂装药燃烧表面退移的方法;对不同几何药型、不同燃速组合推进剂装药及带侵蚀效应的装药进行计算分析,其结果表明,该组合方法及所采用的网格界面分割和几何重构计算燃面面积的思想,在预测固体推进剂装药燃面瞬态退移问题上具有良好的适应性和较高的可信度。     

固体燃料冲压发动机燃烧室燃烧特性数值模拟

采用12组分、17个化学反应的模型和二阶矩湍流燃烧模型,通过计算药柱表面热传导率,得到了燃面退移速率,对固体燃料冲压发动机燃烧室内部的燃烧流动进行了数值模拟,分析了空气流量、空气总温和入口直径对燃烧室温度分布、C4H6分布和燃面退移速率的影响.分析表明,减小空气入口直径、增加空气流量和总温都会使燃面退移速率增加.     

蒽对Pb_3O_4/Mg/PTFE红外诱饵剂远红外辐射性能的影响

为研究添加蒽(C_(14)H_(10))对四氧化三铅/聚四氟乙烯/镁粉(Pb_3O_4/PTFE/Mg)混合诱饵剂效能的影响,设计了6种配方迚行试验。首先测试了基础配方和蒽添加量为12%的配方的热分解性能,然后用8～14μm进红外热像仪测量了压制成的药柱样品的燃烧过程,计算出每个样品的燃烧时间、质量燃速、辐射面积、辐射亮度、辐射强度。结果表明:添加蒽后,药剂反应放热峰峰值温度提前;随着蒽添加量的增加,样品质量燃速变小,燃烧时间变长。     

固体燃料冲压发动机燃料燃速与推力调节

为了确定进气涡流和二次气体喷射能否有效地用于固体燃料冲压发动机燃料燃速的控制和推力调节,曾进行了一项实验研究.进气涡流的特性是在无反应流中测量的.试验是用当量比为0.5～1.8之间的三种燃料成分在高、低空气质量流量下进行的.发现,在进气道下游引入涡流对实现燃料燃速的有限增长会产生影响,但影响的幅度与发动机的几何尺寸有很大关系.涡流与再附着进气道气流和大大增强的近壁混合之间的相互作用对有效燃烧不利.高能气体燃料(H_2,C_2H_4)可以很容易地喷入,并在贫油条件下有效地燃烧,大大提高推力.     

奥克托今复合改性双基推进剂的燃速特性(下)

(三)HMX 含量大于40%的 HMX-CMDB 推进剂的燃速特性在本研究中,考察了 HMX 含量高于40%的 HMXCMDB 推进剂的燃烧波结构和燃速特性。为了得知从气相到燃烧表面热反馈的机理,进行了一些试验。一、燃速分析在燃烧表面上 ,用热平衡方程式表示燃速:     

镁铝金属粉对含硼富燃推进剂燃烧性能及硼氧化效率的影响

为了确定镁铝金属粉对含硼富燃推进剂燃烧性能和硼氧化效率的影响,用靶线法测定三种配方含硼富燃推进剂在0.5,1.0,1.5 MPa三种压力条件下的燃速,采集相应的燃烧残渣,用化学分析法测定了三氧化二硼(B2O3)和总硼(B)含量,计算出硼的氧化效率。实验结果表明,镁粉含量对推进剂燃烧性能有明显影响。推进剂中B的含量为30%,并固定其他组分,金属粉含量为6%,改变镁粉和铝粉比例,镁粉0%,3%,6%,相应铝粉为6%,3%,0%。当镁粉含量较高时,推进剂燃速较高,压力指数也较高;镁粉含量低时,燃烧残渣中B2O3含量较高,而镁粉含量高时,燃烧残渣中B2O3含量较低;且随着压力的增高,残渣中B2O3的含量降低;硼的氧化效率随镁含量的增高和压力升高而降低。镁粉可抑制硼的氧化反应,使硼氧化效率降低,提高推进剂燃速和压力指数。     

HMX含量对丁羟四组元推进剂团聚及凝聚相燃烧产物的影响

奥克托今(HMX)作为含能材料在能够提高推进剂能量性能的同时可改变推进剂的燃烧过程,广泛用于固体推进剂中。为了研究HMX含量对推进剂点火、燃烧、团聚和凝聚相燃烧产物特性的影响,采用推进剂燃面拍摄、激光点火以及凝聚相燃烧产物收集方法对HMX含量在0%～10%范围内的典型四组元推进剂进行试验研究。结果表明：随着HMX含量由0%增加到10%,推进剂的点火延迟时间由191 ms增加到286 ms,推进剂的燃速和压强指数均减小,凝聚相燃烧产物的体积平均粒径D₄₃由48.1μm增加到138.3μm。含10%HMX的推进剂燃面上铝的团聚程度最大,而含8%HMX的推进剂凝聚相燃烧产物中活性铝的含量最高。     

GAP/HMX推进剂的燃烧

GAP(缩水甘油基叠氮聚合物)是一种侧链为高能基的叠氮聚合物,利用改变HMX含量的方法研究了GAP/HMX复合推进剂的燃速特性。为扩大燃速区域,采用燃烧催化剂LC(柠檬酸铅)和CB(碳黑)研究了推进剂的燃速变化。在HMX质量含量小于60％时,随HMX含量的增加燃速下降;HMX质量含量大于60％时,燃速随HMX含量的增加而上升。添加燃烧催化剂后燃速增加,压力指数下降。这种燃烧催化剂(LC或CB)分别使用时无催化作用,必须两者同时混入。而且这种燃烧催化剂对GAP粘结剂不产生催化作用。     

添加纳米铝的高密度悬浮燃料点火性能

为了探究含金属颗粒悬浮燃料的点火和燃烧特性,制备了含5%纳米铝颗粒(Al NPs)的HD-01和四环庚烷(QC)的高密度悬浮燃料,采用雾化激波管测试了两种悬浮燃料在不同压力和温度下的点火延时P,通过拟合计算得到了表观点火活化能,分析了悬浮燃料的点火燃烧机理,采用高速摄像机记录了点火燃烧的流场图像。结果表明,悬浮燃料静置4周后无颗粒聚沉现象;在0.05 MPa和0.1 MPa下、1450 K和1750 K内,Al NPs可使HD-01和QC燃料的点火延时缩短约50%,表观点火活化能由161.4 k J·mol~(~(-1))和120.3 k J·mol~(-1)分别降低至156.5 k J·mol~(-1)和112.8 k J·mol~(-1);推测燃烧机理为铝原子优先与O2反应生成O自由基,进而加速燃烧反应。此外,Al NPs能够完全燃烧并促进燃料燃烧过程中的能量释放。     

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。     

石蜡/HTPB复合流体黏温特性测试

采用旋转黏度计分别测定了石蜡和不同固化系数(r=0.5、0.6、0.7)的端羟基聚丁二烯(HTPB)以及石蜡和端羟基聚丁二烯(HTPB)两者混合形成的复合流体不同温度下的黏度,获得了黏温特性曲线,采用黏温模型方程对黏温特性进行了描述.通过比较黏温方程的参数发现,随着固化系数的增加,HTPB的黏度随温度上升而变化的敏感程度先减小后增大;而HTPB/石蜡复合流体的黏度随温度变化的敏感程度减小.     

含氧燃料特性对柴油机燃烧以及排放特性的影响

将质量比90％的柴油分别掺混10％菜籽油,10％DMC以及5％菜籽油和5％DMC的混合物,连同纯柴油组成10％RO,10％DMC,5％R0＋5％DMC和柴油共4种燃料,在一台单缸柴油机上进行燃烧、性能及排放试验研究．结果表明：含氧燃料的特性不同对比燃油消耗率和热效率影响较小,但对燃烧和排放影响较大．3种含氧燃料对柴油机缸内最大爆发压力影响不大．与柴油相比,柴油机燃用5％RO＋5％DMC和10％R0时,放热率峰值降低,滞燃期缩短,燃烧始点提前．燃用10％DMC时放热率峰值上升,滞燃期延长,着火延迟．与燃用柴油相比,柴油机燃用5％RO＋5％DMC和10％DMC时,除烟度有所下降以外,CO,HC和NOx排放均高于柴油．柴油机燃用10％RO时的烟度和Hc排放均低于柴油,而CO和NOx排放高于柴油．     

基于AP预处理技术的粉末推进剂性能

为了提高高氯酸铵(AP)粉末推进剂的长期贮存性和高效燃烧性,利用预处理技术对AP粉末进行包覆团聚,改善其表面特性。采用吉布斯最小自由能法计算Al/AP粉末火箭发动机的能量特性,利用预处理实验分析端羟基聚丁二烯(HTPB)对AP粉末的装填密度、吸湿性能和热分解特性的影响,并进行密闭燃烧器点火实验,研究氧燃比和装填量对Al/AP粉末推进剂能量特性参数的影响规律。结果表明:AP的最佳预处理材料配比为添加10%HTPB,且在氧燃比为3∶1时,Al/AP粉末火箭发动机的理论比冲最高达262.1s;一定范围内,随着氧燃比的增加,粉末推进剂的能量特性参数均有所增加;在氧燃比相同条件下,单位质量粉末推进剂成气量基本相同,随着粉末装填量的增加,燃温和特征速度均有所提高。     

柴油引燃天然气双燃料燃烧稳定性研究

本文对天然气和柴油双燃料发动机的复合燃烧规律进行了研究,主要阐述负荷、转速、替代率、柴油供油特性、引燃油量、进气混合气浓度和供油提前角等因素对燃烧循环变动、燃烧恶化和爆震燃烧等的影响及其特征。     

AP/HTPB推进剂微尺度燃烧特性的数值分析

为研究高氯酸铵/端羟基聚丁二烯(AP/HTPB)固体推进剂颗粒的微尺度燃烧特性,基于气固耦合,采用简化的两步总包化学反应动力学机理,建立了二维周期性三明治定常燃烧模型,采用FLUENT软件,数值分析了AP/HTPB的微观燃烧特性。结果表明,AP体积分数为0.75条件下,低压(0.4 MPa)时,AP/HTPB燃烧的总体火焰以预混燃烧为主,AP燃速低于HTPB燃速,随着压力升高,大于2.5 MPa时,火焰呈扩散结构,AP燃速高于HTPB燃速;压力越高,气相对固相的热反馈越强,耦合面上的温度和燃烧速率越高。气相的体积释放速率随着压力的增加而增加,放热区域收缩,相连的两个放热核心区分裂为两个独立的放热核心区。当燃烧压力不变(2.5 MPa),AP体积分数为0.7~0.95时,AP含量越小,则一个周期三明治单元中粘合剂HTPB的宽度相对越大,火焰面趋于分裂为两个狭长带状火焰面,温度随之递增。     

脉冲点火射流与高氯酸铵/端羟基聚丁二烯固体推进剂耦合燃烧的试验研究及数值模拟

为了研究高氯酸铵/端羟基聚丁二烯(AP/HTPB)在底部排气药柱二次点火过程中的耦合振荡燃烧,建立了AP/HTPB二维三明治燃烧模型,气相区采用二步总包反应,使用用户自定义函数模拟点火射流的作用。在AP/HTPB与点火具的耦合燃烧试验背景下,进行了点火射流频率在125~500 Hz、热流密度峰值在1.9~3.9 MW/m²工况下的数值模拟。模拟结果表明：在振荡燃烧初始阶段,气相热反馈相对于点火射流作用较弱,由于点火射流的主导作用使得X组分（NH₄ClO₄）呈现周期性变化;由于气相温度上升,气相热反馈相对于点火射流作用较强,AP/HTPB燃烧逐渐稳定;点火射流热流密度的提高对AP/HTPB振荡燃烧有显著抑制作用,点火射流频率的提高对AP/HTPB振荡燃烧抑制作用较弱。     

储氢合金/AP/HTPB推进剂的燃烧现象分析

利用单幅照相、微热电偶测温、扫描电镜（SEM）、俄歇电子能谱（EDS）以及X射线衍射（XRD）研究了Al/AP/HTPB推进剂（P-A0）、Al/储氢合金/AP/HTPB推进剂（P-A10）和储氢合金/AP/HTPB推进剂（P-A17）的火焰结构、燃烧表面温度、熄火表面形貌、熄火表面残留元素以及熄火表面残留化合物。结果表明,相对于P-A0,P-A10和P-A17燃面上方有更加猛烈的喷射现象;P-A10和P-A17的燃面温度分别提高了5.92℃和7.45℃,凝聚相反应区域分别扩大了13.13%和4730%;P-A17熄火表面相对平整,突起的合金团表面大部分被氧化;P-A10和P.A17熄火表面残碳量相对P-A0分别减少了15.81%和27.61%,说明储氢合金可以提高AP/HTPB推进剂有机组分在燃面处的燃烧效率;P-A0,P-A10和P-A17熄火表面Al含量依次减少,而Al2O3含量依次增多,说明储氢合金的燃烧效率高于Al。储氢合金替代Al作为燃烧剂,可以明显改善AP/HTPB推进剂的燃烧性能。     

不同燃油对某重型柴油机燃烧稳定性影响分析

为了揭示不同燃油对柴油机燃烧过程循环变动的影响规律,选用A、B、C 3种军用柴油作为燃料进行标定工况及最大扭矩工况下的台架试验。对缸内压力时间序列进行三维相空间重构,利用燃烧参数的循环波动率定量分析柴油机燃烧稳定性,并结合返回映射对平均指示压力进行研究。结果表明：柴油机缸内状态呈现一定的混沌特性,燃烧过程中缸内压力呈现出振荡的特点,燃用柴油A时燃烧阶段的迹线相对密集,燃用柴油B和柴油C时迹线逐渐发散;燃烧阶段压力波动率峰值与压力振荡区域相对应,最大扭矩工况下柴油A的前两峰值最低、滞燃期最短,平均指示压力循环变动最小;随着转速上升,燃用3种柴油的燃烧稳定性均有所提高。