含碳颗粒凝胶推进剂模拟液雾化研究（英）

制备了含质量分数5%平均粒径5 μm的碳颗粒的凝胶推进剂模拟液并研究了其雾化特性。测量了模拟液的流变特性,在射流速度10~22 m·s^-1、撞击角60°~90°、喷嘴直径0.5~1.5 mm及喷嘴长径比3.5~8条件下进行了雾化实验,利用线性稳定理论研究了其液膜破碎特性。结果表明,碳颗粒的添加导致凝胶模拟液的稠度系数增大、流动指数减小;在本文实验范围内,模拟液只能雾化形成液丝及大尺寸液滴,雾化效果随着射流速度、撞击角度的增加而改善,喷嘴长径比及喷嘴直径变化对雾化模式的影响很小;理论预测的液膜破碎长度与实验值之间存在14.9%~24%的误差,但线性稳定理论预测的液膜破碎长度变化趋势与实验吻合良好。     

凝胶推进剂射流撞击雾化研究进展

凝胶推进剂是一种兼具传统液体/固体推进剂优点、具有良好发展前景的新型火箭推进剂,雾化问题是凝胶推进技术的关键问题之一,射流撞击雾化是凝胶推进剂的主要雾化形式。从实验、理论及数值模拟三个方面对凝胶推进剂射流撞击雾化问题发展现状进行了概述。分析表明:雾化实验可以定性分析流变特性及喷注参数等因素对雾化效果的影响,雾化理论对液膜形状及破碎特性的预测值与实验还存在一定误差,雾化数值模拟可以获得射流撞击雾化的典型变化过程。总体上看,凝胶推进剂雾化机理还未能完全揭示,未来工作有:建立凝胶推进剂雾化特性的定量表征方法、基于非牛顿本构关系和撞击式雾化发展新的雾化理论、根据雾化问题的特点改进现有数值计算方法等。     

射流偏心撞击对凝胶推进剂撞击雾化影响的实验研究

为研究射流偏心撞击对凝胶撞击雾化的影响,建立撞击雾化实验台,制备凝胶推进剂及其模拟液,对单股射流形态及不同偏心度下的撞击液膜和液滴尺寸分布进行测量。理论推导了偏心撞击下撞击液膜偏角,并与实验结果进行了对比。研究表明：随着喷射速度的增大,单股射流受到的扰动逐渐增大;在靠近喷注器出口处扰动有限,不同速度下的射流变形都很小;不同偏心度下液膜发展和破碎形式基本相同,当偏心度达到1.5/6时,液膜自撞击点开始出现了呈一定角度较为暗淡的区域,流量不对称性增强;随着偏心度的增大,液膜偏角逐渐增大,但与理论值相比偏小;偏心度的大小对撞击雾化的液滴尺寸分布影响较小,但偏心撞击的索特平均直径值比无偏心时小,并在0.5/6达到最小值。     

凝胶推进剂的发展及应用

综述了凝胶推进剂的发展历史与现状，提出了它的研究方向，展望了它的应用前景。     

含能液体雾化特性的实验研究

利用喷雾模拟装置和激光全息摄影系统，研究含能液体HY911在8MPa喷射压力下的雾化特性，分析了含能液体喷雾场颗粒分布规律，着重探讨了喷雾粒度和平均直径在轴向和径向的变化规律。     

凝胶推进剂管道流动特性影响因素数值分析

为讨论管道收敛角、体积流率、胶凝剂类型与含量等三因素对凝胶推进剂管道流动特性的影响,用SIMPLEC算法、二阶迎风格式离散柱坐标系下N-S方程,对凝胶推进剂在圆管中的流动进行了二维数值模拟,计算结果表明: (1) 体积流率增大,粘度减小,含量增大,粘度增大,它们的改变引起粘度变化不显著;(2) 收敛角增大,出、入口截面平均表观粘度降低幅度不断增大,出口截面平均表观粘度不断减小至近牛顿粘度水平η∞,当角度改变到一定值后,其引起粘度的变化将不再明显.结果说明: 流经管道的体积流率和胶凝剂类型与含量的改变是引起管道流动粘度变化的非显著因素,而管道收敛角是引起粘度变化的重要因素,且在粘度变化与压降需求之间存在最佳结合点.     

含碳颗粒凝胶推进剂模拟液雾化研究（英文）

制备了含质量分数5%平均粒径5μm的碳颗粒的凝胶推进剂模拟液并研究了其雾化特性。测量了模拟液的流变特性,在射流速度10~22 m·s~(-1)、撞击角60°~90°、喷嘴直径0.5~1.5 mm及喷嘴长径比3.5~8条件下进行了雾化实验,利用线性稳定理论研究了其液膜破碎特性。结果表明,碳颗粒的添加导致凝胶模拟液的稠度系数增大、流动指数减小;在本文实验范围内,模拟液只能雾化形成液丝及大尺寸液滴,雾化效果随着射流速度、撞击角度的增加而改善,喷嘴长径比及喷嘴直径变化对雾化模式的影响很小;理论预测的液膜破碎长度与实验值之间存在14.9%~24%的误差,但线性稳定理论预测的液膜破碎长度变化趋势与实验吻合良好。     

美、俄、德凝胶推进剂的发展现状

对美国、俄罗斯和德国近年来在凝胶推进剂研究领域取得的一些新进展进行综述,重点介绍了双组元凝胶推进剂、ADN/水凝胶推进剂、膏体推进剂和含纳米材料凝胶推进剂的性能及应用。指出今后凝胶推进剂的发展前景十分广阔。     

PDE点火室内凝胶汽油雾化特性的试验研究

为了研究凝胶汽油在脉冲爆轰发动机内的雾化特性,采用马尔文粒度仪测试了脉冲爆轰发动机点火室内雾化液滴的索太尔平均直径。为了降低爆轰管内雾化液滴粒径,设计了挡风凹腔结构。试验表明:在未加装挡风凹腔时,脉冲爆轰发动机气源供气压力越大,雾化液滴索太尔平均直径越大; 挡风凹腔可有效改善空气供气压力对撞击式雾化的不利影响,在加装挡风凹腔后,脉冲爆轰发动机气源供气压力越大,雾化后的液滴索太尔平均直径越小; 挡风凹腔结构尺寸越小,凝胶汽油雾化液滴索太尔平均直径越小。     

基于硝基甲烷的两类凝胶推进剂流变性能研究

分别制备了以气相二氧化硅（SiO2）和羧甲基纤维素硝酸酯(CMCN)为胶凝剂的硝基甲烷(NM)凝胶推进剂,研究了两类凝胶的形成机理及胶凝剂类型对凝胶体系流变性的影响规律。采用线性的流变学方法研究了凝胶体系的屈服性、触变性、蠕变性与温敏性等动态粘弹性,分别利用PowerLaw模型、HerschelBulkley模型、Burger模型对凝胶的流动曲线、蠕变曲线进行了数据拟合。研究发现,NM/SiO2凝胶是SiO2粒子间通过氢键形成的小分子聚集体团聚而成堆积型网路结构凝胶,而NM/CMCN凝胶是由CMCN大分子链上两亲性基团与有机小分子基团间通过分子链间疏水键、氢键等非共价键相互作用形成的一种交联网络型凝胶。两类凝胶的非牛顿系数n≤0.60. 与NM/CMCN凝胶相比,NM/SiO2凝胶具有较高的屈服应力、剪切稀化性和弹性柔量与弹性响应性,具有较差的触变恢复性和较小的内耗,且其凝胶强度在高温与低温下反而有一定的增强。     

煤油凝胶液滴破碎时空特性实验研究

为了探究煤油凝胶液滴破碎的时间和空间分布特性,采用高速摄像机拍摄破碎过程,获得在不同气流速度下煤油凝胶液滴的破碎特征、流动参数对破碎时间和破碎区域的影响。结果表明:随着韦伯数(We)增大,煤油凝胶液滴依次发生与煤油(牛顿流体)液滴相同的破碎模态,且模态转换We随着胶凝剂含量的增加而提高。三种煤油凝胶的总破碎时间和初始破碎时间的比值(Ttot/Tini)均随奥内佐格数(Oh)的升高而降低,且均趋近于牛顿流体的该值(3.125)。在破碎结束时,横向破碎区域随着We数的升高而扩大,且胶凝剂含量越低范围越大;纵向破碎区域随着We数升高会扩大到一个极值,胶凝剂含量为1%和2%的煤油凝胶,破碎区域和初始液滴直径的比值趋于20,胶凝剂含量为3%时,该值趋近17。     

硝基呋咱/CMDB推进剂能量特性

根据最小自由能法,采用NASA-CEA软件,研究了六种硝基呋咱化合物:3-硝基呋咱(NF)、3,4-二硝基呋咱(DNF)、3-硝氨基-4-硝基呋咱(NNF)、3-硝氨基-4-硝基呋咱铵盐(ANNF)、3-硝氨基-4-硝基呋咱肼盐(HNNF)和3-硝氨基-4-硝基呋咱羟胺盐(HANNF)的能量特性。研究了硝基呋咱化合物含量对复合改性双基(CMDB)推进剂能量特性的影响和压强对硝基呋咱/CMDB推进剂能量特性的影响。结果表明,HANNF和HNNF单元推进剂的比冲高于RDX,分别为2744.8 N·s·kg-1和2802.2 N·s·kg-1。六种硝基呋咱化合物使CMDB推进剂的比冲大幅提高,其中HNNF和HANNF使CMDB推进剂的比冲分别提高74.6 N·s·kg-1和91 N·s·kg-1。六种硝基呋咱/CMDB推进剂的比冲均随压强升高而增加。比冲受压强影响顺序为DNFNNFHANNFANNFHNNFNF。     

催化床对凝胶火箭发动机工作过程的影响

为了研究相关喷注参数及催化床结构对凝胶火箭发动机燃烧室内流场及工作特性的影响,运用Fluent软件并基于DPM,k－ε标准湍流模型等,对具有不同催化床长度的单组元凝胶单推－3火箭发动机燃烧室内的工作过程进行了数值模拟;结果表明：催化床长度越长,由于氨气分解率的升高,燃烧室温度反而较低,燃烧室压力随之降低。推进剂液滴与催化床间的交互作用,如渗透距离,也对反应特性有相当重要的影响。     

有机铜盐对RDX-CMDB推进剂的燃烧性能和高压热分解的影响

研究了三种有机铜盐燃烧催化剂β-雷索辛酸铜(β-Cu)、3-硝基-1,2,4三唑-5-酮铜盐(NTO-Cu)和2,4-二硝基咪唑铜(NI-Cu)对RDX-CMDB推进剂不同压强下的燃烧性能和热分解的影响。结果表明,三种有机铜盐燃烧催化剂对RDX-CMDB推进剂的燃烧性能和差示扫描量热法(DSC)特征量有一定影响;β-Cu、NTO-Cu和NI-Cu三种有机铜盐可使RDX-CMDB推进剂热分解的第一个分解峰温Tp1提前1～4℃,并将第二个分解峰温Tp2提前5～11℃;RDX-CMDB推进剂的燃速和DSC特征量随压强的升高而增大,在1～10MPa压强下该类推进剂的燃速与DSC特征量呈线性相关。     

超临界二氧化碳在球扁药中的溶解性能研究

为研究超临界二氧化碳（SC-CO₂）在双基球扁药中的溶解性能,采用静态法并依据Fick扩散定律分析了SC-CO₂在不同弧厚球扁药中的溶解量和扩散系数,并研究了共溶剂对溶解量和扩散系数的影响。结果表明：SC-CO₂在球扁药中的溶解量随着饱和时间的增加而增大,8 h后趋于稳定,达到16%;溶解量随着饱和压力的升高而增大;溶解量随着饱和温度的升高而减小,在40 ℃时有较高的溶解量;共溶剂的加入对SC-CO₂溶解量增大有促进作用,溶解量可达到22.6%;球扁药弧厚对SC-CO₂的饱和溶解量基本没有影响;在常温和常压环境条件下的解吸附扩散系数远大于在超临界条件下的吸附扩散系数;在不添加共溶剂条件下,SC-CO₂饱和溶解量可达到16%;加入共溶剂后,SC-CO₂饱和溶解量可达到22.6%,提高了41.3%. 通过调节工艺参数与加入共溶剂可有效增加SC-CO₂在球扁药中的溶解量,为微孔球扁药的制备提供了参考。