火箭冲压发动机无喷管助推器分析

介绍了无喷管固体火箭发动机性能计算的基本架设、控制方程和装药燃速的处理,对影响无喷管助推器性能设计的火箭冲压发动机主要要求、影响进行了分析,围绕装药长度、冲压喷管尺寸、推力要求等设计约束条件对无喷管助推器设计的影响进行了分析与计算,给出定量计算结果和研究结论．同时,介绍了一种提高火箭;中压发动机无喷管助推器性能的新方法、新方案：冲压喷管共用结构方案．     

固体燃料冲压发动机燃速预示模型及其特性

为准确预示固体燃料冲压发动机的燃速,建立了固体燃料冲压发动机燃速预示模型,编写了预示程序。对以PE、PMAA为燃料的固体燃料冲压发动机进行了34次计算,计算结果表明:在所涉及的工况范围内,燃速随来流空气总温、质量流率以及药柱通道直径、入口直径的变化规律与已有实验结论相同;计算误差的最大值为14.4%,平均值为5.87%;该模型能够准确预示固体燃料冲压发动机中燃速;工作过程中,装药内腔体积随时间呈线性变化;给定的工况下,燃速正比于装药长度的-0.21次方。     

复合推进剂弹道特性的配方调节研究（英）

实验研究了含铝AP/HTPB推进剂的配方,讨论了燃速及压力指数与配方参数的关系。结果表明,推进剂燃速随平均AP粒子直径的增大而降低,但在大直径范围,这种趋势减缓。液体二茂铁催化剂可提高50%的推进剂燃速,而固体氧化铁可提高22%。液体二茂铁催化剂能比固体氧化铁更有效地提高燃速。燃速与压力指数的实验结果同燃烧模型的理论计算结果进行了比较,预估结果与实验数据符合较好。     

无喷管发动机性能优化分析

为优化无喷管固体火箭发动机的设计资源,文中围绕装药参数对无喷管固体火箭发动机性能的影响展开分析与计算。计算结果表明:装药能量、装药燃烧特性、装药结构参数对无喷管固体火箭发动机性能有不同的影响,无喷管发动机设计中采用高能装药、高燃速装药、优化装药结构、合适的装药燃速压强指数、两种燃速装药串联对于无喷管发动机性能的提高有利。     

超声波实时测量技术在固体火箭发动机中的应用

利用超声波对固体推进剂燃速进行实时测量是先进的燃速测量方法之一。针对超声波技术在固体火箭发动机试车中的应用,对典型固体火箭发动机材料进行测试研究,获得了发动机材料的超声波信号特征。将超声波探头直接安装在发动机壳体外侧部位,测量了固体推进剂在常压燃烧时的厚度变化。针对动态燃速测试,提出了超声波数据处理方法,对固体装药在常压燃烧下的回波进行处理,获得了装药的厚度变化过程和燃速,并分析了燃面附近温度分布对燃速测量的影响。结果表明：用超声波测量金属壳体固体发动机的燃速必须在壳体上开窗使超声波透过壳体和绝热层界面,而对复合材料壳体发动机可将超声波探头直接安装在壳体外侧;燃烧引起的装药表面温度变化对测量的影响可以忽略;该数据处理方法可以有效获得装药厚度变化。     

直流高压电场对固体燃料PMMA燃烧特性的影响

针对固体火箭发动机和固体冲压发动机实现推力控制的需求,开展了直流高压电场对固体燃料燃烧特性影响的实验研究,分析了电场作用下聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)火焰形态、燃速、温度以及火焰电流的变化,并对电场影响固体燃料燃烧特性的作用机理和影响规律进行了分析。结果表明,负电场作用下,施加电压幅值较大时对火焰形态的影响更加显著;高压电场可以明显地改变PMMA燃速,PMMA燃速随着施加正电压幅值的增加而增加,燃速增幅可达34.2%,负电场作用下PMMA燃速随着电压幅值的增大先减小后增加,燃速的降低幅度可达15.7%,燃速的增幅可达15.4%;电场作用下PMMA火焰最高温度呈降低趋势;PMMA火焰电流随着施加电压幅值的增大而增大;PMMA火焰形态、燃速以及温度的变化可能是浮力和电体积力相互作用,导致火焰形状以及火焰对固相的热反馈发生变化的结果。     

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。     

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     

现代武器发展和火炸药的研制(下)

3.特种燃速推进剂。为满足反坦电武器、反弹道导弹和防空武器的需要,国外竞相研制高燃速或超高燃速推进剂。研制超高燃速推进剂采取的措施有①采用含能粘合剂、含能增塑剂、碳硼烷等能提高燃速的含能组分;②采用超细高氯酸铵、超细铝粉或超细金属一氧化剂中均凝聚物等多孔固体组分;③添加石墨纤维、光导纤维和导热金属丝;     

聚甲基丙烯酸甲酯在固体燃料冲压发动机中的燃面退移速率影响因素研究

采用数值计算与实验研究相结合的方法,对聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）在固体燃料冲压发动机中的燃速影响因素开展了研究。重点分析了来流空气质量通量和固体燃料装药内径对PMMA燃料平均燃速和局部燃速的影响。研究表明：固体燃料表面的温度、热流密度和局部燃面退移速率沿轴线方向均呈现先逐渐增大后逐渐减小的趋势,极值出现在回流区末端的再附着点附近;固体燃料表面的局部燃面退移速率随装药内径增大而减小,但随空气质量通量的增大而增大;燃料平均燃速与来流空气质量通量呈幂函数递增关系,与固体燃料装药内径呈幂函数递减关系;数值计算和实验得到的影响变化规律吻合较好,但计算值比实验值稍微偏高,最大误差不超过10%. 研究结果对固体燃料冲压发动机燃烧室的优化设计具有重要的参考价值。     

无喷管助推器侵蚀燃烧模型对比研究

侵蚀燃烧对无喷管助推器的性能有着至关重要的影响。为了在无喷管助推器设计中准确预测其性能,在分析侵蚀燃烧机理的基础上,利用一维非定常变截面内弹道计算程序,采用几种典型的侵蚀燃烧模型对单燃速锥柱形装药和双燃速串装锥柱形装药发动机的特性进行分析。研究表明,文中推进剂在单燃速锥形装药发动机中表现出较弱的负侵蚀效应,采用无负侵蚀效应的侵蚀燃烧模型的预示结果好于带有负侵蚀效应的侵蚀模型,其中Lenoir-Robillard模型的预示精度最高。而双燃速串装发动机中由于燃气流速较小的范围更大,负侵蚀效应影响较大,只有使用具有负侵蚀效应的Greatrix模型才能得到较为准确的预示结果。     

无喷管固体火箭发动机内弹道计算

给出了一种无喷管固体火箭发动机内弹道计算方法,利用此算法就无喷管固体火箭发动机结构和装药等参数对性能的影响状况进行了分析,并得出结论:装药形式、结构尺寸、固体推进剂的燃烧规律与试验温度都对无喷管固体火箭发动机内弹道性能有影响。     

液体运载火箭交叉输送总体参数研究

交叉输送是指飞行中将一个贮箱内推进剂输送到另一个贮箱内的技术,它能提高液体捆绑火箭运载能力和可靠性。以某重型火箭为对象,对交叉输送总体参数进行了研究,包括运载能力贡献、输送能源、增压、出流参数以及晃动特性。研究表明:助推-芯级宜采用重力输送方式,此时助推-助推贮箱间推进剂晃动周期约30 s,初始液位差将缓慢地达到平衡,对火箭总体运动无影响。     

XLDB与NEPE推进剂催化燃烧性能的研究

制备了几种含燃烧催化剂的XLDB和NEPE推进剂,利用静态靶线法测试了其燃速。结果表明,对XLDB推进剂,一元水杨酸铅与一元水杨酸铜复配,二者比例为1.5∶0.5时,可使XLDB推进剂压力指数降低27.1%;其它铅、铜盐复配,只增加XLDB推进剂的燃速,对降低其压力指数效果不大;一元水杨酸铅与钼酸镍或氧化钍复配,燃速和压力指数高于和一元水杨铜复配;钼酸镍与其它燃速催化剂复配,不能降低压力指数,但燃速略有提高。对NEPE推进剂,碳酸铅的用量增加,有利于压力指数的降低;多组元燃烧催化剂对NEPE推进剂燃速和压力指数有一定影响,但和双组元的相比,并无大的差异。     

GAP/NC交联改性双基推进剂能量及烟雾特性计算研究

利用推进剂能量特性计算程序,计算了以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)改性单基球形药为粘合剂的GAP/硝化棉(NC)交联改性双基推进剂的能量性能。以燃烧产物中Al_2O_3、HCl的含量评价其烟雾特性。结果表明,随着增塑剂端叠氮基聚叠氮缩水甘油醚(GAPA)含量的增大,理论比冲先增加后降低。随着粘合剂中GAP含量的增加,理论比冲降低,燃烧温度降低;而且增塑比越小,降低的幅度越大。GAPA含量和GAP含量对推进剂的烟雾特性影响不大。采用4,4'-二硝基-3,3'偶氮氧化呋咱(DNAF)取代AP后,在固体含量为60%,推进剂理论比冲在2600 N·s·kg~(-1)时,其燃烧产物与AP配方相比,N_2含量增加了44%,Al_2O_3含量下降了67%,HCl含量降为0,说明GAP/NC推进剂是一种具有高能量、低特征信号的重要推进剂。     

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     

浇铸型高能CMDB推进剂的力学性能

研究了硝化棉种类和含量、高氯酸铵粒径,以及双基球和黑索今含量等对复合改性双基(CMDB)推进剂力学性能的影响。结果表明,随着含氮量12.0%的NC的降低,CMDB推进剂20℃和50℃下的拉伸强度和延伸率均显著降低。在CMDB推进剂中添加适量含氮量13.0%的NC和12.6%的NC均有助于提高推进剂拉伸强度;含氮量13.0%的NC不利于改善推进剂的延伸率;而含氮量12.6%的NC有助于提高推进剂的低温延伸率,但对推进剂高温延伸率影响不显著。在CMDB推进剂中添加适量的双基球对提高推进剂的拉伸强度和延伸率均有利。AP的粒径对CMDB推进剂力学性能影响显著,小粒径的AP有利于提高推进剂的拉伸强度,而大粒径的AP有利于改善推进剂的延伸率。随着RDX取代AP量的逐渐增大,CMDB推进剂在高温和常温下的拉伸强度先增大后减小,而延伸率先增减小后增大。     

固体推进剂电弧点火延迟时间仿真研究

首先对电弧进行了仿真研究,得到了不同电弧功率下电弧温度时间特性,然后利用该温度特性,作为固体推进剂点火的边界条件,采用数值差分方法,计算了固体推进剂的点火延迟时间;结果表明：固体推进剂的点火延迟时间随着电弧功率的增大而减小,当电弧功率从50 W 增加到500 W 时,固体推进剂的点火延迟时间从8．82 ms 减小到0．99 ms,并且随着电弧功率的升高,点火延迟时间减小的速度减慢。     

增能钝感单基药的燃烧特性

为了优化单基药的弹道性能,对其进行了改性研究。对11/7单基药进行硝化甘油浸渍及聚酯类材料阻燃处理,得到一种增能钝感单基药。利用点火试验装置及密闭爆发器对该类型发射药进行了点火及燃烧性能试验,点火试验结果表明:与原单基药对比,增能后的发射药点火延迟时间从5.8ms缩短到4.1ms,增能钝感后的发射药点火延迟时间从5.8ms延长到45.5ms以上;密闭爆发器试验中增能钝感前后发射药燃烧时间与点火试验中点火延迟时间的变化趋势相同(原单基药为9.5ms,增能后为8.5ms,增能钝感后为10.86ms以上),增能后的发射药与原单基药相比具有一定的渐增性燃烧特性。