液体发射药迫击炮内弹道燃烧稳定性

为研究液体发射药迫击炮内弹道特性,搭建60 mm液体发射药迫击炮瞬态测试系统,对其燃烧室压力变化与迫击炮弹初速进行测试。在试验基础上,基于非定常欧拉-拉格朗日模型和液体发射药蒸发-燃烧模型建立带燃烧反应的液体发射药迫击炮两相流计算模型,对内弹道过程中的反应流场进行模拟,分析复杂气相流场与液体发射药喷射燃烧间的耦合关系及压力振荡形成机理。结果表明：60 mm液体发射药迫击炮燃烧稳定性好,具有工程化潜力;数值模拟与试验结果吻合度较高,且可以复现压力振荡现象,计算模型具有合理性;液体发射药的喷射与燃烧均受燃烧室内气涡的影响;反射波引发的液体发射药集中燃烧使压力表现为一种振荡发展。     

RLPG振荡燃烧简化模型及数值模拟

以再生式液体发射药火炮(RLPG)为工程背景,建立了RLPG振荡燃烧简化模型.假设液体发射药喷入燃烧室后形成一定比例的球形液滴和块状液面,且块状液面的燃烧具有一定的随机性.液滴与液面均按指数燃速规律释放能量.数值求解RLPG内弹道方程组,得到的p-t曲线较好地模拟出23 mm RLPG燃烧室和贮液室的压力振荡现象.     

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。     

AP多粒度级配固体推进剂非稳态燃烧响应模型

为获得高氯酸铵(AP)粒度级配对固体推进剂燃烧响应特性的影响,以氧化剂单粒度的多火焰稳态燃烧模型(BDP)为基础,考虑实际推进剂中AP多级配粒度分布,建立了AP多粒度级配的AP/端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂非稳态燃烧响应模型,并对模型进行校验。针对由四种AP粒度330,250,110μm和50μm组合成的几十种AP多级配复合推进剂,分别在工作压强10MPa、振荡频率25~1000Hz条件下开展了燃烧响应特性研究,分析了AP粒度级配和配比等参数变化对压强耦合响应函数的影响规律。模型计算结果表明,100~1000Hz,燃烧响应模型计算结果与文献实验测量结果吻合较好(实验压强>5MPa),误差小于9%。AP粒度配比与级配对燃烧响应函数的分布影响较大,影响规律基本满足:AP多级配中提高小粒度AP的配比含量或者降低大粒度AP配比含量可以抑制中低频振荡,但同时会增益中高频振荡。用中粒度AP替代小粒度AP可以抑制中高频振荡,反之,替代大粒度AP则可以抑制中低频振荡。     

圆锥激波诱导的爆燃和爆轰不稳定性研究

对马赫数为6.5的H2/空气预混气体来流,采用带化学反应的多组分Euler方程,在半锥角为32°的圆锥体诱导下的爆燃和爆轰波结构及其不稳定性进行了数值研究。利用文献[7]实验结果验证了数值模型和计算网格的可靠性。计算结果表明,圆锥激波诱导的燃烧包含爆轰和爆燃两个基本形态,两者在空间上呈现出较规则的不稳定结构,而在时间进程上呈现出两种形态交替出现的周期振荡燃烧不稳定现象。爆轰过程的空间不稳定结构由多个基本的三波点结构叠串而成,而爆燃过程中的反应阵面则呈现出锯齿形状。在一个振荡燃烧周期内,爆燃和爆轰的不稳定性受三波点波系结构、化学反应诱导区内未燃气体的热力学状态以及壁面反射波扰动的影响,表现出爆燃过程中化学反应诱导区长度沿圆锥壁面不断增加和爆轰过程中长度不断缩短的特有现象。研究结果对超燃冲压发动机或驻定爆轰发动机的燃烧室设计有参考意义。     

再生式液体炮压力振荡研究

压力振荡抑制技术是再生式液体发射药火炮(RLPG)的关键技术之一.在23 mm RLPG试验装置上,研究了点火、喷雾质量对RLPG压力振荡强弱的影响.观测到RLPG压力振荡的主要激励机制,是再生喷射系统的机械振动与燃烧不稳定性引起的压力波动及声腔振荡的耦合效应.提出采用弹性减振、吸振以及改变燃烧室形状的方法来抑制压力振荡的幅值.实验结果表明,该方法可有效提高RLPG燃烧稳定性.     

冲压发动机燃烧室内的压强振荡研究

验证了大涡模拟方法是研究冲压发动机燃烧室内压强振荡的有效手段,并用谊方法模拟了冲压发动机燃烧室内湍流涡的产生、发展、脱落与破碎过程,总结了影响压强振荡的有关因素,从而为不稳定燃烧的机理研究提供了有效的指导。     

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。     

利用燃料调节对突扩燃烧室进行反馈控制

进行了闭环控制试验以消除－０．７ＭＷ突扩燃烧室的燃烧不稳定性并扩大其自燃极限。在突扩面和排气喷管处测量了不稳定燃烧产生的压力振荡用这些信号作为销定和产生在预定相移处调节燃料流量的声频信号的参考。在一定范围的相移角度内，燃烧振荡的幅度下降为未受控时的５０％。当参考信号取自突扩时．控制系统最为有效。振荡幅度减小量与声压级成比例．但高压力幅度平稳。控制系统的效率随空气流量的增加而降低。由于多种不稳定频率的存在．燃烧不稳定性呈现双峰性．因此存在不只一种主频率时．需要更精密的锁定和相移系统有效地抑制振荡。即使是在高流量下．不稳定的幅度也被减少了将近４０％。     

液氧煤油火箭发动机不稳定燃烧过程的数值分析

采用欧拉-拉格朗日方法对液氧煤油发动机燃烧室内的两相燃烧过程进行数值模拟,在验证模型可靠性基础上,分析无隔板工况下自激1阶切向高频不稳定性燃烧出现的原因。结果表明:喷嘴间雾化锥发生相互干涉使得推进剂空间分布不均,导致脉动释热,同时燃烧室内无隔板时横向压力波阻尼特性降低,使得燃烧室内出现1阶切向燃烧不稳定性;在不稳定燃烧过程中,压力振荡波形和频率与释热波动的波形和频率产生耦合,耦合程度越高,所含释热波峰峰值数量越少,其振荡幅值也将越大。     

纳米钨系延期药的研究

通过添加纳米钨粉,研究了钨粉粒度与级配对延期药燃烧速度的影响,以及纳米钨粉含量对延期药燃烧的可靠性影响.实验结果表明:在零氧平衡下,随着钨粉粒度减小,延期药燃速加快,有显著的线性对数关系,纳米钨粉对燃烧速度调节达毫秒级;当钨粉含量由30%降至15%时延期药仍能可靠燃烧,并且适合的粒度级配使燃烧速度有局部极大值出现.     

三硝基间苯三酚铅燃烧速度的研究

本文研究了三硝基间苯三酚铅在不同环境压力下的燃烧现象，指出在高密度下，三硝基间苯三酚铅能够稳定燃烧并具有极快的燃烧速度。     

底排药剂燃烧速率影响因素试验研究

底排药剂燃烧速率的计算公式准确与否是关系到底排装置内弹道参数计算结果正确性的前提之一。但是，对于影响燃烧速率的一个重要因素，即弹丸的高速旋转对燃烧速率的影响规律问题至今还没有形成完全一致的认识。     

人工神经网络对混合点火药燃速的预测

以某混合点火药各组分含量作为药剂性能描述，利用误差反传神经网络（BP网络）算法，通过对9个配方药剂的训练建立了燃速与组成之间的定量关系模型，并对另外9个配方混合点火药的燃速进行了预测。结果表明，模型很好地反映了配比与燃速之间的关系，预测值与实际测量值比较接近，相对误差小于12％。该方法为混合药剂的研究和开发提供了一条新的途径。     

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。     

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。     

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。     

炭的品种对黑火药燃烧速度的影响

对用木炭和／或石炭制成的黑火药的燃烧速度进行了对比试验，确定了两种体系的燃烧模型，并从应用的角度对混合体系的燃烧速度进行了测试、分析。     

动态燃速辨识及其实验发动机设计

提出了用参数辨识和一台动态燃速实验发动机确定推进剂动态燃速的方法,用该方法对气象探测火箭固体推进剂燃速特性进行了实验测定和计算,该方法有效降低了实验成本和周期,可推广应用于其它类型发动机的研制。     

高分子树脂对活性金属准合金燃烧剂性能的影响

将高分子树脂与燃烧热值高的活性金属粉末锆、镁、钛、铝等按照一定的比例混合,发生聚合反应形成活性金属燃烧剂.研究了高分子树脂对燃烧剂的燃烧性能、安全性能、力学性能的影响,对高分子树脂含量一定的准合金燃烧剂,研究了不同固化工艺对燃烧剂力学性能的影响.结果表明,通过高分子树脂与主体成分金属的优化设计,可以得到燃烧温度高、燃烧时间长、安全性好、力学性能优异、对目标物有较强燃烧和引燃效果的活性金属燃烧剂.