基于旋转阀的固体火箭发动机燃烧室压强振荡特性

针对基于旋转阀的固体推进剂压强耦合响应函数测试系统存在不易进行相位角测量、压强振荡及内流场分析的难点,设计一套旋转阀冷流实验系统,建立对应的压强振荡理论计算模型和三维瞬态内流场仿真模型,研究燃烧室压强振荡及其内流场特性.开展不同排气频率的冷流实验和理论计算,并与仿真模型进行对比.结果表明:仿真计算中单个转子排气通道周期...     

基于旋转阀的固体火箭发动机燃烧室压强振荡特性

针对基于旋转阀的固体推进剂压强耦合响应函数测试系统存在不易进行相位角测量、压强振荡及内流场分析的难点,设计一套旋转阀冷流实验系统,建立对应的压强振荡理论计算模型和三维瞬态内流场仿真模型,研究燃烧室压强振荡及其内流场特性。开展不同排气频率的冷流实验和理论计算,并与仿真模型进行对比。结果表明:仿真计算中单个转子排气通道周期性摆动运动可代替多转子排气通道单向旋转运动,且误差小于1%;仿真计算获取的排气周期与实验对比的误差小于1.2%;对于压强峰-峰值,仿真比实验小且相差数值由20 Hz的0.019 MPa降低至300 Hz的0.001 MPa,验证了仿真模型的有效性;为后续研究旋转阀工作过程中燃烧室压强振荡及流场变化提供了新的思路和途径。     

密闭燃烧器在固体火箭推进剂燃速测定中的应用研究

密闭燃烧器法是一种能测定很宽压强范围内固体火箭推进剂速特性及变化情况的快速测量方法。本文阐述了该方法的基本原理，实验研究。介绍实验曲线处理与数值分析，并提出了一种复合推进剂的一种双基推进剂测试结果。     

固体推进剂非线性压强耦合响应特性实验研究

为获得固体推进剂非线性压强耦合响应特性,建立了一种非线性压强耦合响应函数的实验测量方法,分别对三种含铝复合推进剂开展了非线性压强耦合响应函数(Rp)的实验研究,获得了推进剂非线性压强耦合响应特性,深入分析了非线性压强耦合响应的影响因素。结果表明,提高触发激励压强以及改变触发激励方式,可以在T型燃烧器中模拟与实际发动机非线性燃烧不稳定相类似的非线性压强振荡特性,从而获得固体推进剂非线性压强耦合响应特性。非线性压强耦合响应函数对轴向各阶频率振荡幅值的变化较为敏感,峰值频率附近的响应值对振荡幅值的变化最为敏感,响应值变化最大,其中响应函数峰值从0.4增大到1.12。中间位置触发激励产生的二阶频率响应值与线性法长度减半对应的一阶频率响应值有明显的不同,进一步验证了线性法和非线性测量结果本质区别。     

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。     

固体火箭高温高压复杂燃气系统的扩散系数及其相似准则数计算

为了解决固体火箭推进剂高温高压燃气输运系数难以实验测量和理论预估的实际问题,考虑燃气中含有H₂O、HCl、SO₂等强极性组分和H₂等轻质组分,通过大量文献实例验证,归纳了适于上述组分及其混合物在高温高压条件下的扩散系数计算方法,并计算了典型双基推进剂、复合改性双基推进剂和复合推进剂三种主要固体推进剂燃气在不同温度(1 500～3 800 K)和压强(8～20 MPa)下的扩散系数和输运准则数(施密特数和路易斯数),得到了固体火箭发动机燃气扩散系数随温度和压强变化的幂指数函数规律(典型双基推进剂燃气的扩散系数随温度变化的幂指数为1.646 55、典型复合改性双基推进剂和典型复合推进剂为1.629 52),以及路易斯数、施密特数的典型取值(典型双基推进剂燃气的施密特数为0.772、路易斯数为0.91,典型复合改性双基推进剂燃气的施密特数为0.675、路易斯数为0.9,典型复合推进剂燃气的施密特数为0.74、路易斯数为0.83)。这对于促进高温高压气体混合物输运性质的深入研究、火箭发动机燃烧及其内外流动仿真,均具有重要的实际应用意义。该方法没有考虑凝聚相对输运性质的影响。     

高温高压环境中凝相颗粒粒度分布实验研究

为了研究固体火箭发动机燃烧室内凝相颗粒的分布规律,改进了一种固体推进剂凝相燃烧产物收集装置,针对典型的HTPB复合推进剂,开展了不同聚集状态下凝相颗粒的收集实验。研究结果表明,凝相燃烧产物在0.27～100μm之间都有颗粒存在,凝相颗粒主要集中在0.27～10μm之间,粒径大于20μm的颗粒较少;工作压强对颗粒粒径分布有较大影响,随着工作压强的升高,凝相颗粒粒径变小,粒度分布更为集中;工作压强相同的条件下,随着聚集角度的增加,凝相颗粒粒径变大。     

固体火箭高温高压复杂燃气系统的黏性系数和导热系数计算

为了解决固体火箭推进剂高温高压燃气输运系数难以实验测量和理论预估的实际问题,考虑燃气中含有H₂O、HCl、SO₂等强极性组分和H₂等轻质组分,通过大量文献实例验证,归纳了适于这些组分及其混合物在高温高压条件下的黏性系数和导热系数计算方法,计算了双基推进剂(DB)、改性双基推进剂(CMDB)和复合推进剂(CP)3种主要固体推进剂燃气在不同温度(1 500～3 800 K)和压强(8～20 MPa)下的黏性系数、导热系数和普朗特数,得到了固体火箭发动机燃气黏性系数和导热系数随温度变化的幂指数函数规律和典型普朗特数取值。所得结果对于促进高温高压气体混合物输运性质的深入研究、火箭发动机燃烧及其内外流动仿真,均具有重要的实际应用意义。该方法没有考虑凝聚相对输运性质的影响。     

非壅塞固体火箭冲压发动机自适应调节特性

从理论和实验两方面研究了非壅塞固体火箭冲压发动机的自适应调节特性 .研究表明 ,理论计算与实验结果基本吻合 ;贫氧推进剂的燃速压强指数越高 ,自适应调节能力越强 ;当压强指数为 1时 ,空燃比不随空气流量变化 ,达到完全自适应调节     

研究含缺陷固体推进剂装药需关注的方面

对固体推进剂裂纹腔中的对流燃烧流场进行了数值模拟,模拟中考虑了对流燃烧与裂纹变形间的相互耦合、侵蚀燃烧、燃气对推进剂表面的对流传热等多种因素的作用,得到了燃气压强、温度、速度沿裂纹长度方向的分布。通过分析,给出了含缺陷固体推进剂装药工作性能研究需关注的几个方面,为含缺陷固体火箭发动机建立判废标准提示了研究方向。     

固体火箭推进剂的模拟低温点火冲击试验加载方法研究

固体火箭推进剂低温下点火瞬间高速加载的耦合作用可能会导致推进剂结构发生破坏,针对此问题,利用推进剂中止熄火的原理,设计了一种中止压力可控模拟点火冲击试验装置,以点火药燃烧产生的燃气对推进剂进行模拟点火冲击。点火压力根据药室容积和点火药量之间的计算公式确定,中止压力通过爆破片破片压力控制。通过对点火冲击过程的压力与时间和升压速率与时间关系曲线分析,得知点火压力和点火方式对点火药燃气的升压速率影响较大。多次重复试验表明：该加载方法中止压力可控,压力偏差<±5%;弱点火时升压速率为2 000 MPa/s,强点火时升压速率达到5 000 MPa/s, 高于通常发动机点火的升压速率;可作为固体火箭推进剂模拟低温点火冲击的研究手段。     

点火药盒开孔大小对点火燃气内流场特性影响

为了保证阶梯多根的装药设计形式的火箭发动机点火过程的安全性与稳定性,研究了不同开孔大小点火药盒的火箭发动机点火过程的流场特性.采用FLUENT计算软件对不同开孔大小点火药盒的火箭发动机点火过程的内流场进行了三维数值仿真,分析了点火药盒开孔大小对点火过程流场特性的影响.不同开孔大小点火药盒的输出压强都大约在4 ms时达到...     

密闭爆发器等离子体点火一致性实验研究

为了研究描述密闭爆发器固体发射药点火燃烧一致性的通用方法,并验证固体发射药等离子体点火的优越性,提出基于平均值和标准差的一致性因子来表征密闭爆发器固体发射药点火燃烧的一致性,进行了固体发射药等离子体点火和常规点火一致性对比实验。通过对比研究主要参数的一致性,分析固体发射药等离子体点火性能。研究表明,该一致性因子可以用于描述和分析密闭爆发器固体发射药点火燃烧一致性。固体发射药等离子体点火的点火延迟和最大膛压的一致性都好于常规点火,验证了固体发射药等离子体点火的优越性。     

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。     

中止燃烧方法模拟固体推进剂动态点火冲击过程（英）

为了研究火箭发动机点火过程中动态冲击对固体推进剂的影响,设计了一个基于中止燃烧的模拟点火冲击装置。该装置由点火螺栓、燃烧室和泄压螺栓组成。金属爆破片安装在泄压螺栓的剪切口处,在点火冲击过程中准确控制泄压压力。模拟点火冲击试验的研究对象是圆环柱体形状的poly(BAMO-THF)/AP/Al固体推进剂试样。p-t曲线表明爆破片的泄压压力与测得的压力一致,其误差在±6%。根据p-t曲线计算增压速率,10 MPa下增压速率达到7000 MPa·s^-1,15 MPa下增压速率达到12000 MPa·s^-1,这远远大于固体火箭实际点火过程中的增压速率。在模拟点火冲击试验后,推进剂试样端面(受损表面)镶嵌的粒子受损,而内侧表面(未损表面)仍保持完整的状态。点火冲击试验后,推进剂试样的压缩强度增加,而压缩强度开始增加时的形变值降低。这说明在模拟点火冲击试验后,推进剂受损表面会进一步受损,力学性能也会发生改变。     

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。     

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。     

RLPG燃烧室气体动态特性研究及应用

为研究再生式液体发射药火炮燃烧室的压力振荡,建立了燃烧室气体三维波动方程,给出了求解气体动态特征频率的表达式,在某一确定燃烧室容积下分析了燃烧室结构尺寸对气体动态特征频率的影响规律.通过分析气体动态特性在压力振荡抑制技术研究中的影响,给出了避开燃烧室压力振荡主频带的燃烧室半径与长度的比.研究结果表明,燃烧室气体多阶动态特征频率受到激励是RLPG燃烧室产生压力振荡的一个重要原因,通过合理设计燃烧室结构尺寸可以避免燃烧室气体多阶动态特征频率受到激励.     

双脉冲发动机Ⅱ脉冲点火瞬态工作特性研究

针对双脉冲发动机Ⅱ脉冲点火过程,基于Fluent流场仿真软件平台,建立了数学物理仿真模型,并编写了用户自定义函数(UDF)模拟动态点火具质量流率边界及装药燃烧加质过程。研究了隔层破开前、破开后及稳定建压3个阶段的流场瞬态特性,分析了隔层破开对内流场的影响。研究结果表明:点火初期,装药内孔压力传播速率较外孔快; 隔层破开前,燃气聚集并反向传播导致尾部压力上升速率反超头部; 破开后,燃气压缩低压气体产生压力冲击波,内流场剧烈振荡,对燃烧室不同位置造成一定影响,距级间孔越近,影响越大,反之则越小。