国内外含硼富燃料推进剂燃烧性能研究现状

介绍了硼及其含硼富燃料推进剂的燃烧特性，综述了国内外在调节含硼富燃料推进剂的点火、燃烧性能所采取的技术途径，提出了改善含硼富燃料推进剂燃烧性能的方法。     

含硼富燃料推进剂配方初步优化

针对含硼富燃料推进剂热值高，燃烧性能差的特点，介绍了一种低成本的含硼富燃料推进剂可燃性的实验测定方法，利用该方法对含硼富燃料推进剂三个主要组分的不同配比进行了大范围的测试。给出了含硼富燃料推进剂的可燃区间，同时发现当氧化剂含量一定时，金属燃料和粘合剂体系之间存在一个燃烧性能最佳的配比。结合该推进剂的工艺特点，给出了其燃烧性能调节的范围。     

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。     

燃料组分对含硼富燃料推进剂一次燃烧性能的影响

对含不同金属添加剂(镁、铝及镁铝合金)、不同硼粉粒度及硼粉含量的含硼富燃料推进剂分别进行了爆热(Qv)、燃烧温度(Tf)和成气率(η)测试,对比研究了金属组分对含硼富燃料推进剂燃烧性能的影响。结果表明:镁比铝能提高含硼富燃料推进剂的爆热值、燃烧温度和成气率;镁铝合金比镁更能降低含硼富燃料推进剂爆热及燃烧温度,且提高推进剂燃烧的成气率;当硼粉粒度较粗或较细时,含硼富燃料推进剂的爆热及燃烧温度均较高,而成气率较低,硼粉粒度适中时,推进剂的爆热值及燃烧温度均较低,而成气率较高;硼粉含量增大(氧化剂AP的含量减小),含硼富燃料推进剂的爆热、成气率均降低,而燃烧温度升高。     

RDX/HMX对含硼富燃料推进剂燃烧性能的影响（英）

制备了5种含RDX/HMX的含硼富燃料推进剂,并探讨了RDX/HMX对推进剂燃烧性能的影响。     

燃气混合火箭研究(1)——硝酸/AP 系复合燃气发生器

研究了采用液体氧化剂与固体燃料组合燃烧的混合火箭。在一次燃烧室对固体燃料进行燃烧，生成燃气进入二次燃烧室与液体氧化剂混合燃烧产生推力。为向二次燃烧室喷射液体氧化剂不用泵等加压装置，采用将部分固体燃料燃烧生成的燃气引入氧化剂箱，即自己加压的供氧方式。对试制的燃气混合火箭进行了燃烧试验，证明了系统的有效性。用硝酸作氧化剂，用富燃高氯酸铵／端羟基聚丁二烯ＡＰ／ＨＴＰＢ（６０／４０）复合燃气发生器作固体燃料，在Ｏ／Ｆ０．８３～１．４８范围内进行燃烧试验，取得了９５．６％的燃烧效率。     

A~3NPL推进剂的燃烧

在过氯酸铵(以下简称AP)系推进剂的燃气中,含有大量的酸性氯化氢(HCI)。降低燃气中的这种有害气体甚为必要。本文探讨了硝酸铵(以下简称AN)作为推进剂氧化剂的实用性。硝酸铵推进剂价格低廉,燃气中不含有害物质。AN系复合推进剂的缺点是比冲低,在理论上添加金属铝可以提高比冲。为了提高点火性能及燃烧效率,在本研究中还探讨了由AN、AP、AI组成的推进剂的燃烧特性。这种称为A~3 NPL推进剂的燃烧特性,可以借助AN、AP、AI的不同添加量来调节。小型火箭发动机的燃烧实验结果表明:(1)AN系复合推进剂中添加的AI在燃烧室内熔融成层状物附着于喷管内壁,不能完全燃烧,致使比冲下降;(2)用AP取代AN系复合推进剂中的部份AN,可以提高AI的燃烧效率和增加比冲,并大幅度减少燃烧产物中的酸性气体。     

某两侧进气固冲发动机二次燃烧性能提升仿真研究

为了提高采用头部两侧进气布局形式的固冲发动机的二次燃烧性能,以某地面连管试验用固冲发动机为研究对象,分别从进气道出口形式和燃气喷射方式两个方面对补燃室掺混燃烧流场的影响进行了仿真研究.结果表明:进气道出口结构形式对该种布局方案的补燃室二次燃烧性能有重大影响;在保持进气道出口结构不变的条件下通过合理配置一次燃气喷射方式可以在一定程度上提升二次燃烧性能.     

含硼的固体燃料

介绍了国内外有关含硼推进剂的研究状况，着重离含硼推进剂具有能量特性优良，燃气“洁净”等特点，对硼存在不易点火和燃烧的问题，提出了改善其燃烧性能的主要技术途径，可供深入研究含硼推进剂参考。     

硼粒子表面包覆对富燃料推进剂热分解特性的影响

借助于ＤＴＡ、ＴＧ、ＤＳＣ等热分析手段，研究了硼表面包覆对Ｂ／Ｍｇ／ＡＰ／ＨＴＰＢ富燃料推进剂热分解特性的影响。用于硼粒子表面包覆的材料有ＡＰ、ＫＰ及ＬｉＦ。为便于对比，对含未包覆硼的基础配方也作了相应分析。研究表明，硼包覆有助于提高硼粒子的反应活性，可促进燃料的热分解。从而对提高含硼富燃料推进剂的燃烧性能极为有利。     

进气道结构对含硼固冲发动机二次燃烧性能影响分析

采用标准k-ε湍流模型,单步涡团耗散燃烧模型以及高速气流作用下KING硼粒子点火燃烧模型,开展了不同进气道结构下冲压发动机补燃室内含硼颗粒三维两相燃烧流动数值模拟;分析了在6种进气道结构对硼颗粒点火燃烧以及燃气燃烧效率的影响;研究结果表明：在相同的边界条件下,进气道结构形式对硼颗粒点火影响不大;燃气燃烧效率在双侧180°的进气结构下最高,双下侧90°进气结构的燃气燃烧效率最低;硼颗粒燃烧效率在双侧180°时燃烧效率最高,在中心进气结构下硼燃烧效率最低;补燃室内总燃烧效率在双侧180°进气道结构时最高,在中心进气结构下最低。     

空气旋转进气对含硼固体冲压发动机二次燃烧性能影响的研究

采用Realizable k-ε湍流模型、单步涡团耗散燃烧模型,应用Fluent软件UDF功能,编写考虑硼颗粒在高速气流中气动剥离效应下的KING点火燃烧计算程序,对典型的双下侧90°含硼固体冲压发动机补燃室进行不同旋转进气下三维两相流动与燃烧数值计算。计算结果表明,当进气道两侧空气同向与反向旋转进入补燃室时,气流产生的旋转均使燃气与空气的混合更充分,燃烧效率更高,并且随着旋流数的增加而增加;对于颗粒燃烧效率与总的燃烧效率,当旋流数小于0.179时,同旋条件高于反旋条件,当旋流数大于0.385时,反旋条件高于同旋条件,当旋流数约为0.2时,同旋与反旋效果相当;对于硼颗粒点火时间,旋流进气减小了点火时间,在旋流数为0.385时最小。     

FTIR光谱遥测固体火箭推进剂燃气辐射能

用遥感FTIR光谱测定了固体火箭推进剂燃气的辐射亮度。记录了分辨率为1cm^-1时,500～4500cm^-1波段内两种推进剂燃气的IR辐射亮度谱,积分2000～3333cm^-1区间辐射亮度,获得了两种推进剂燃气积分亮度(辐射能)随时间变化的曲线,得到了两种推进剂燃气组分和燃烧特性信息。     

双燃烧室冲压发动机富油燃气超声速燃烧数值模拟

文中对双燃烧室冲压发动机主燃室中富油燃气超声速燃烧进行了数值模拟。在模拟飞行马赫数6情况下,研究了亚燃室出口燃气马赫数、压力及燃气与超燃进气道出口热空气的压力匹配程度等多种因素对流场的影响。结果表明．保持热空气马赫数不变,燃气马赫数越低。混合层增长越快;燃烧促进了混合层增长,燃气马赫数较高时．燃烧对混合层增长的促进作用受到抑制;来流压力不匹配程度越大,流场波系越强．混合层和激波相互作用后偏折越厉害;燃气／空气压力比小于1时,混合层和燃烧释热区均有所增大。     

镁铝金属粉对含硼富燃推进剂燃烧性能及硼氧化效率的影响

为了确定镁铝金属粉对含硼富燃推进剂燃烧性能和硼氧化效率的影响,用靶线法测定三种配方含硼富燃推进剂在0.5,1.0,1.5 MPa三种压力条件下的燃速,采集相应的燃烧残渣,用化学分析法测定了三氧化二硼(B2O3)和总硼(B)含量,计算出硼的氧化效率。实验结果表明,镁粉含量对推进剂燃烧性能有明显影响。推进剂中B的含量为30%,并固定其他组分,金属粉含量为6%,改变镁粉和铝粉比例,镁粉0%,3%,6%,相应铝粉为6%,3%,0%。当镁粉含量较高时,推进剂燃速较高,压力指数也较高;镁粉含量低时,燃烧残渣中B2O3含量较高,而镁粉含量高时,燃烧残渣中B2O3含量较低;且随着压力的增高,残渣中B2O3的含量降低;硼的氧化效率随镁含量的增高和压力升高而降低。镁粉可抑制硼的氧化反应,使硼氧化效率降低,提高推进剂燃速和压力指数。     

含偶氮四唑胍的改性双基推进剂性能（英）

采用浇铸工艺制备了含偶氮四唑胍盐(GZT)的RDX-CMDB推进剂,系统地研究了含GZT的RDX-CMDB推进剂的能量性能、燃烧性能和热安全性能等。理论计算和实验研究结果表明:RDX-CMDB推进剂的比冲、爆热和燃温随GZT含量的增加而降低,15%的GZT使推进剂的比冲降低了29.2 s,爆热降低了1248 kJ.kg-1,燃烧温度降低了800 K;RDX-CMDB推进剂的成气量随GZT含量的增加而增加,15%的GZT使成气量增加了10.73 mol.kg-1;GZT使RDX-CMDB推进剂燃烧更完全,且高温下(200℃以上)更容易燃爆,但对推进剂在100℃下的热安全性能无明显影响;对于不含有机铅铜催化剂的RDX-CMDB推进剂,G ZT使推进剂燃速升高,压强指数降低,15%的G ZT使推进剂7 MPa下的燃速提高了1 mm.s-1,使7～10 MPa间的压力指数由0.86降低到0.70;对于含有机铅铜催化剂的RD X-CMD B推进剂,G ZT使推进剂的压力指数升高,燃速降低,15%的G ZT使推进剂7 MPa下的燃速下降了3 mm.s-1,7～10 MPa间的压力指数由0.47上升到0.69。热行为研究表明,GZT表现出一单独的分解失重过程。     

固体燃料冲压发动机燃烧室燃烧特性数值模拟

采用12组分、17个化学反应的模型和二阶矩湍流燃烧模型,通过计算药柱表面热传导率,得到了燃面退移速率,对固体燃料冲压发动机燃烧室内部的燃烧流动进行了数值模拟,分析了空气流量、空气总温和入口直径对燃烧室温度分布、C4H6分布和燃面退移速率的影响.分析表明,减小空气入口直径、增加空气流量和总温都会使燃面退移速率增加.     

活性添加剂对双基推进剂燃烧催化作用的影响

加入活性添加剂可明显改进推进剂的某些性质，以满足推进剂的多用途发展需要。硝酸钾是推进剂、灭火剂的常用组分。对双基推进剂的燃烧研究表明，硝酸钾的存在使推进剂的燃烧催化作用降低。硝酸钾含量越高，催化剂作用越弱。硝胺（RDX、HMX）对推进剂的能量性质和催化作用都有积极作用。由催化剂作用原理分析，在双基推进剂燃烧表面上空有一个自由碳微粒组成的空间，这种碳粒形成一个雾状“骨架”，而催化剂的粒子由凝聚相排出后，会被该骨架截留，在该空间内充分发挥其对气相筢应的催化作用。加入硝铵后，由于RDX、HMX本身均是负氧平衡，可以促进凝聚相表面形成碳骨架。硝酸钾作为正氧平衡的添加剂，可使凝聚相表面上的碳骨架减弱，甚至消失，催化剂失去了能停留在表面上空的载体。因此活性添加剂的氧平衡性质不同，其对双基推进剂燃烧的催化作用不同。     

火药热分解与燃烧稳定性的表征方法

提出了分解波动系数和燃烧不稳定性系数两个概念,它们分别表征火药非等温热分解过程及定容燃烧过程的不稳定性程度．这两个参数可分别由火药的 Ｄ Ｓ Ｃ（或 Ｔ Ｇ）曲线和 ｕ ～ｐ 曲线数据算得,它们综合地反映了火药热分解及燃烧过程各方面的不稳定性特征,为评价一种火药的热分解和燃烧稳定性程度提供了具有定量可比性的参照尺度．