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。     

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。     

贫氧推进剂的研究发展方向

综述了国内外贫氧推进剂配方及性能调节研究的进展情况,总结了贫氧推进剂的主要种类和基本性能,并对研究的主要内容与今后的发展方向进行了分析。新型含能材料的发展为解决贫氧推进剂的性能问题提供了可能,贫氧推进剂配方所采用的主要组分有从单一功能向多功能方向发展的趋势。高性能含硼贫氧推进荆配方可最大限度地发挥固体火箭冲压发动机的性能优势,是今后的主要发展方向。燃烧性能是贫氧推进剂应用中的最关键问题,燃烧性能调节技术研究将是今后研究工作的主题。     

低压下贫氧推进剂燃烧性能测试方法研究

研究认为,较适宜的低压下贫氧推进剂燃烧速测试方法有靶线法、热电偶法、超声波法、发动机法和高速摄影法等。在低压贫氧推进剂燃烧速及燃还压强指数的数据处理过程中,应注意表压和绝对压缩之间的差异,同时要注意选用合适的燃速规律。     

高燃速压强指数贫氧推进剂的研制

为了适应在不同巡航条件下（不同飞行高度和速度）富燃燃气流量可以调节的要求,用于非壅塞固体火箭冲压发动机贫氧推进剂的燃速压强指数必须大于０．５。文中论及了适应上述需求的推进剂应具有的燃速特性和力学性能,研究了ＡＰ粒度和燃速催化剂对推进剂燃速的影响,介绍了用于贫氧推进剂燃烧性能测试的设备及测试方法。研究表明,贫氧推进剂的燃烧机理与常规的ＡＰ推进剂燃烧机理之间存在显著的差异。文中提出了贫氧推进剂的稳态燃烧模型以及燃速温度敏感系数的计算模型,并对上述模型进行了计算研究。     

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。     

改善含硼高能贫氧推进剂燃烧特性的技术途径

综述了国内外对含硼贫氧推进剂燃烧特性及其改进技术的研究成果，结果表明，硼粉具有高燃烧热值，但点火性能和燃烧特性较差，采用硼粉表面包覆，添加易燃金属和高能粘合剂等技术是改善硼粉点火和燃烧特性的有效途径。     

GAP贫氧推进剂的燃速特性

用药条燃烧器评价了以缩水甘油叠氮聚醚（GAP）为主要成分的贫氧推进剂燃速特性,在该贫氧推进剂中添加少量高氯酸铵（AP）时燃速略有下降,添加AP和铁化合物时,在低压区燃速增加,在燃速调节剂有效的低压区,AP的粒度越小燃速越高,添加AP和铁化合物时,在低压区燃速增加的同时,燃速的压力指数变小,而且燃速的温度敏感度也下降。     

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性的表征方法。研究发现，低压下采用表压和绝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。     

镁粉粒度对Mg/PTFE贫氧推进剂燃烧性能的影响

为研究镁粉粒度对Mg/PTFE贫氧推进剂燃烧性能的影响,采用粒度为86.66,56.89,29.97,25.55μm的四种球形镁粉与聚四氟乙烯粉复合处理,DTA-TG分析热分解特性,用高速摄影仪测推进剂线性和质量燃烧速度,用红外测温仪测其火焰温度。实验结果表明:随着镁粉粒度的减小,复合物的热分解峰温度降低不明显,但推进剂的质量燃速和线燃烧速度显著提高,增幅最多达3倍,燃烧火焰温度也随之升高了170℃。     

膏体富燃料推进剂冲压发动机挤压输送特性试验研究

对两种膏体富燃料推进剂(含硼推进剂和铝镁推进剂)进行了挤压输送安全性试验与输送特性试验研究,证明两种膏体富燃料推进剂在1.5~8.0 MPa下挤压输送及喷射是安全可靠的,并进行了膏体富燃料推进剂冲压发动机一次燃烧摸底试验。试验证明,工作安全,喷射、点火、燃烧正常。     

活性金属氢化物的包覆及其在富燃料推进剂中的应用（英）

为了提高硼氢化钾(KBH4)、硼氢化钠(NaBH4)和氢化铝锂(LiAlH4)的储存稳定性,通过溶剂非溶剂法,用石蜡包覆KBH4和NaBH4,通过重结晶法,用萘包覆LiAlH4.用扫描电镜、红外光谱、X射线衍射研究了样品的表面包覆情况.用红外测温仪测试了添加包覆样品的药剂的燃烧性能.结果表明,KBH4、NaBH4和LiAlH4均完成包覆,NaBH4包覆状况最好.添加了NaBH4包覆样品的药剂的燃烧性能有显著提高,燃速提高了5％以上.     

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。     

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。     

膏体冲压发动机输送及调节技术试验研究

为了分析膏体冲压发动机的输送及调节特性,从发动机工作原理出发设计了推进剂输送及调节试验系统,针对所采用的膏体富燃料推进剂开展了试验研究。研究结果表明,在发动机工作条件下膏体富燃料推进剂的流动特性与幂率流体非常接近,可采用幂率流体层流流阻计算公式对试验管路内的流动损失进行估算,误差小于3%。通过增压压力较小的调节可获得较大的推进剂流量变化,具有调节系数大的特点,调节的响应时间随着推进剂粘性的增大而增大。     

颗粒模压发射药装药的点传火性能

以粒状高能硝胺发射药为基础药,经过表面钝感、包覆、模压处理,制备颗粒模压发射药。设计底部结构和传火管结构两种点传火结构方案,利用30 mm高压模拟火炮,研究颗粒模压发射药装药的点传火性能。结果表明,与底部结构相比,传火管结构将颗粒模压发射药装药的点火延迟时间缩短15.2%,膛内最大负压差降低8.41 MPa,装药床受到的最大挤压力减小11.93 MPa。传火管结构方案使颗粒模压发射药装药具有良好的点传火性能。     

氧化剂包覆硼颗粒对硼基推进剂点火燃烧特性的影响

选取高氯酸铵(AP)、硝酸铵(AN)、硝基胍(NQ)、奥克托今(HMX)4种氧化剂,采用重结晶法包覆硼(B)颗粒,制取了相应的B基推进剂样品。利用热重-差示扫描量热及激光点火试验系统研究了不同氧化剂包覆对B基推进剂点火燃烧特性的影响,设置机械混合样品作为对照组。结果表明,AP的包覆会使样品发生低温急剧燃烧,从而促进硼颗粒的低温氧化,有效缩短样品的点火延迟时间至330 ms。与机械混合样品进行对照发现,包覆是产生低温急剧燃烧现象的重要原因。AN包覆的B基推进剂样品具有更低的起始反应温度,为327.6℃,但其整体放热性能较差,平均燃烧温度仅为642.8℃。NQ、HMX的包覆能有效提高B基推进剂的燃烧强度,缩短燃烧时间。其中,NQ有利于提高燃烧强度的峰值;而HMX则更有利于整体燃烧强度的提升,其包覆使B基推进剂燃烧时间缩短为2750 ms,平均燃烧温度达到845.5℃,放热量提高至9968 J·g~(-1)。     

膏体推进剂火箭发动机点火特性

为研究膏体推进剂火箭发动机点火工作特性,推导了膏体推进剂燃面变化模型和各阶段燃面方程,编制了发动机点火特性参数计算程序,计算了不同输运管道孔径以及膏体推进剂初始堆积量下瞬态燃烧室压力。设计了膏体推进剂火箭发动机热试车试验系统,成功进行了点火试验,分析了膏体推进剂火箭发动机点火工作过程中四个阶段的特性。结果表明:燃烧室平均压强的计算结果与试验数据吻合较好,计算误差小于5.7%,该计算程序适用于膏体推进剂火箭发动机点火特性参数计算;膏体推进剂初始堆积量增加一倍,初始压力峰值平均增加42.8%;输运管道孔径减小60%,初始燃烧时间平均减小66.5%,余药燃烧时间平均下降26.1%。发动机点火试验时,减小膏体推进剂初始堆积量,可降低燃烧室初始压力峰、增大稳定燃烧时间,另外减小输运管道孔径,可明显增大发动机稳定燃烧时间。