电控固体推进剂的点火、燃烧及熄灭特性研究进展

电控固体推进剂（electrically controlled solid propellant,ECSP）具有多次点火和燃速可控的特性,可广泛应用于从微观到宏观的推进系统。本文总结了国内外以硝酸铵、硝酸羟胺和高氯酸盐为氧化剂的ECSP的研究概况,重点综述了硝酸羟胺基ECSP和高氯酸盐基ECSP点火、燃烧及熄灭特性的研究进展,分析了电压、压强以及金属添加剂对ECSP燃速调节的影响规律,并讨论了电能在ECSP点火和燃烧过程的作用机制。同时为未来深入研究ECSP点火、燃烧及熄灭机理提出参考建议：开展ECSP固相和气相化学反应机理研究,建立点火、燃烧及熄灭模型和反应机理框架;系统研究电极排布和电极构型对ECSP燃烧效率的影响以及ECSP配方与导电性能之间的关系,寻求改善电极和推进剂界面电阻的方法。优选高性能ECSP配方,完善ECSP燃烧反应机理及燃速调节机制,提高ECSP压强阈值,是电控固体火箭发动机设计、应用和性能调控的关键。     

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。     

硝酸羟胺基绿色推进剂研究进展

硝酸羟胺（HAN）基推进剂具有能量高、安全钝感和燃烧产物绿色无毒等优点,在推进系统连续启动和推力调节等操作方面具有一定优势。综述了HAN基液体推进剂、HAN基凝胶推进剂和HAN基固体推进剂的配方组成、分解特性、点火燃烧性能及相关的应用技术状况。提出了今后的研究重点：制备HAN基液体推进剂用高性能催化剂床,同时发展电点火为可靠点火方式;改善HAN基凝胶推进剂点火性能,加快工程化应用;探究HAN基固体推进剂燃熄可控机理,突破大规模推进系统应用瓶颈。     

含微粒和粗粒高氯酸铵的硝铵/高氯酸铵推进剂的燃烧特性

硝铵系复合推进剂作为不污染环境的推进剂引起关注,不过硝铵系推进剂有点火性和燃烧性能恶化的缺点.而高氯酸铵系推进剂的点火性和燃烧性能虽好,但燃烧时释放氯化氢等污染环境,因此选择了有可能弥补上述推进剂缺点的硝铵/高氯铵系推进剂.由于高氯酸铵系推进剂的燃速受其粒径的控制,所以硝铵/高氯酸铵系推进剂的燃速也会受高氯酸铵粒径的影响.试验中采用了3 μm微粒高氯酸铵和180 μm的粗粒高氯酸铵,探讨了硝铵/高氯酸铵系推进剂的燃烧特性.     

铝粉粒度对含铝推进剂燃烧特性的影响

研究了铝粉粒度对焦点铝推进剂铝粉凝聚行为和燃烧速度的影响，实验和理论分析表明：增在铝粉粒度有利于减小铝粉凝聚程度，而小粒度的铝粉可以改善其点火与燃烧特性。另外，由于铝粉粒度对推进剂燃面的热效应影响，在低燃速推进剂中随铝粉粒度增大燃速降低；在高燃速推进剂中随铝粉粒度增大燃速升高；所以，合理使用铝粉粒度对研制固体推进剂主是至关重要的     

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。     

BAMO-THF/AN推进剂的燃烧特性

为评估BAMO-THF/AN的燃烧性能和明确其燃烧机理，计算了比冲，测量了燃速，并进行了差示热分析和温度变化测量等。明确了BAMO-THF/AN推进剂的比冲、燃速和压力指数都可取与GAP/AN推进剂的近似值。BAMO-THF/AN推进剂的燃烧特性主要受燃烧表面放热的影响。由燃烧时热平衡得到的表面放热量约为由差热分析得到放热量的1/2。用二乙酞酸酯（DEP）作为推进剂的增塑剂时，观察到不能点火和燃烧中断现象，用BDN-PA-F作为增塑剂时，燃速虽下降，但提高了燃烧连续性能。其原因可能是BDNPA-F具有促进燃烧表面的放热和气相氧化反应的作用。     

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。     

一种燃速可调的光控固体推进剂燃烧特性

为了研究光控固体推进剂在激光辐照下的可控燃烧特性以及推力性能,采用高速摄影、高精度压力传感器、R型热电偶以及微推力测试平台等装置分别获取了不同激光功率密度下,光控固体推进剂的燃速、点火延迟时间、燃烧室压强、燃烧火焰温度以及微推力等性能参数.结果表明:光控固体推进剂的燃速与燃烧室压强均随激光功率密度的增加而线性升高,与之相反,其点火延迟时间随激光功率密度的增加呈下降趋势.结合热电偶测温曲线,发现光控固体推进剂的燃烧过程主要分为五个区域:预热区、凝聚相区、三相区、气相区以及火焰区,与此同时,在1.343 W·mm-2的激光功率密度下,推进剂的燃烧火焰温度为1202.3℃.光控固体推进剂燃烧状态对于激光功率密度的依赖性对于实现推力的精确控制具有重要意义,通过改变激光功率密度的大小,成功实现了光控固体推进剂的推力控制;随着激光功率密度由0.344 W·mm-2增加到1.343 W·mm-2,光控固体推进剂的推力由1.58 mN上升至2.28 mN.     

平台燃烧推进剂的老化对其燃烧性能和力学性能的影响

介绍了国外对固体推进剂的加速老化试验。研究了６０℃下推进剂的老化对高燃速复合推进剂燃烧特征和力学性能的影响。探讨了加速老化试验时铅化合物燃速催化剂对双基推进剂燃烧性能的影响。研究结果表明，推进剂样品贮存二周后，燃速降低了近７％，发生平台燃烧的压力范围有所提高，其力学性能没有明显的变化。     

自由装填增面药柱燃烧规律射线成像技术研究

通过X射线高速实时成像技术(Real Time Radiography,RTR)对自由装填增面药柱(单根药柱及多根药柱)的燃烧规律进行了试验研究,包括药柱的不同燃面同时点燃特性、燃烧终止前药柱结构状态、自由装填药柱混合燃烧特性,并通过建立压力与燃面几何关系,得到燃速公式,与采用标准燃速测定方式测得的结果进行对比分析。试验结果表明:该种方法用于测定药柱燃速方法有效,对药柱燃烧规律的研究具有重要意义。     

不同金属粉在等离子体点火中的作用研究

为了研究不同金属粉在等离子体点火中的形貌特征及对发射药点火燃烧性能的影响,设计了新型的圆盘状等离子体发生器,采用铝粉和铜粉进行了敞开环境中的等离子体点火试验及密闭爆发器中的点火燃烧试验。实验结果表明:与含铝粉的等离子体相比,含铜粉的等离子体点火产生的灼热粒子物质较多,更有助于发射药的点燃;而含铝粉的等离子体点火持续时间较长,使得发射药的燃气生成速率有了较大提高,改变了发射药的燃烧渐增性。说明金属粉的存在能够对等离子体的点火效能产生影响,通过选取匹配性的金属粉及等离子体的装填控制条件,有可能对发射药的燃烧规律进行控制。     

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。     

复合固体推进剂高效燃速仪技术构想

将适当简化的药浆涂在不燃带基上,快速固化后形成复合固体推进剂薄层<'[1]>.在此基础上,本文提出推进剂高效燃速仪的技术构想.该仪器由燃烧室、压强和温度控制系统、数据采集和处理系统等组成.燃烧室容纳1650 mm长的燃烧试件,试件上覆盖1051根相隔1.50 mm的熔丝.燃烧室压强控制有三种模式:手工的、台阶式的和线性...     

两种含能液滴燃烧特性的比较

利用高速摄影和热电偶测温方法研究了ＨＹ９１１和ＯＴＴＯ－Ⅱ两种液滴在高温（７００－８５０℃）环境下着火,燃烧的特性,定量测试了液滴着火延迟期,生存期,着火温度和平均质量燃速。结果表明：在同样条件下,ＯＴＴＯ－Ⅱ液滴比ＨＹ９１１液滴易于着火,但燃速比ＨＹ９１１慢得多。     

固体推进剂激光点火性能研究综述

激光点火的研究近年来已成为一个热门的研究课题,采用激光作为刺激源研究固体推进剂点火性能是因为激光输出能量高且可调、点火时间和能量可控制且不受环境因素限制,而固体推进剂点火性能的研究对揭示固体推进剂的燃烧机理,验证点火模型具有非常重要的意义.本文主要描述了固体推进剂激光点火性能研究的理论过程、表征方法以及试验装置,并对影响固体推进剂激光点火性能的诸多因素如激光能量、推进剂组分及含量、点火环境等因素进行了详细的阐述,最后对固体推进剂激光点火性能研究需要注意的问题进行了总结,并附参考文献50篇.     

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。     

利用火焰弯曲理论预测复合推进剂侵蚀函数的方法与应用

固体火箭推进剂的侵蚀函数目前还没有方便而有效的手段(无论理论方法还是实验手段)来获取,火焰弯曲理论能较好地揭示固体复合推进剂侵蚀燃烧现象,以此为基础,建立了火焰弯曲理论侵蚀函数方程,进一步求解得到随燃气流速变化的侵蚀函数。通过实例验证,该获取侵蚀函数的方法及获取的侵蚀函数具有较高的预示精度,满足工程计算要求,对于研究固体推进剂的侵蚀燃烧理论、获取固体火箭发动机侵蚀函数,以及提高固体火箭发动机内弹道预示精度,均具有重要的实际应用意义,该方法仅适用于AP复合推进剂。