不同粒径RDX的燃烧特性研究

采用密闭爆发器测试了80目、100目和120目三种粒径的RDX的燃烧输出压力时间曲线。结果表明,在一定装填密度下,RDX粒径越小,压力指数越大,压力输出时间越短。通过对RDX粉两相燃烧过程的分析,指出RDX粒径对压力变化率曲线有影响。     

级间通道构型对小型双脉冲发动机燃烧室内两相流的影响

为研究级间通道构型对小型双脉冲发动机燃烧室两相流的影响,气相采用SIMPLE算法和k-ε模型,两相流采用PSIC算法和离散相模型,对小型双脉冲固体火箭发动机内流场进行了详细的计算。结果表明,级间孔径的大小对流场影响很大。级间孔与燃烧室的直径比值影响粒子对级间结构和喷管收敛段的撞击及速度。级间开孔角度越大,再附着点的位置变化不大,但一脉冲内主流气体的速度越大。气固两相耦合的情况下,一脉冲燃烧室内的粒子速度也会增大。     

糖颗粒对HMX和RDX两种单质炸药非冲击点火的影响

为了研究惰性糖颗粒对奥克托今(HMX)和黑索今(RDX)两种单质炸药非冲击点火机理的影响,利用配备了光学观测系统的落锤撞击装置,捕获了含惰性糖颗粒的HMX和RDX经历的破碎、熔化、溅射、点火和燃烧过程。结果表明,在含糖HMX颗粒炸药和含糖RDX粉末炸药中,点火易发生在糖颗粒的周围,燃烧会沿着糖颗粒周围向外部传播;燃烧反应前两者均发生剧烈的溅射现象;含糖HMX颗粒在固相中发生点火;在含糖RDX粉末炸药中,靠近糖颗粒周围的炸药先进入熔融状态,随后熔融区域逐渐扩展,点火点易出现在糖颗粒边缘处的RDX熔融液相中。对比了在HMX/RDX单质炸药中分别加入一个和三个糖颗粒情况下的点火频率,结果表明,三个糖颗粒的情况更容易引起炸药点火;三个糖颗粒由于破碎后产生较多的碎片,其与HMX或RDX单质炸药具有较强的相互作用,可能会在多个位置形成热点,其导致的燃烧反应会比单个糖颗粒的情况更为剧烈。采用上下极限法分析得到,糖颗粒的加入对HMX颗粒炸药的点火具有抑制作用,对于RDX粉末炸药的点火具有促进作用。     

粒子侵蚀条件下硅橡胶复合材料烧蚀特性研究

为研究粒子侵蚀条件下硅橡胶复合材料的烧蚀规律和特性,采用一种可调节射流和粒子浓度的氧气-煤油燃气发生器,开展了烧蚀角度为15°~45°、粒子质量浓度范围为0~3.69%条件下的烧蚀试验,获得了粒子侵蚀对烧蚀率的影响规律。通过对试样的宏观形貌和微观结构进行分析,并结合热红联用试验,分析了硅橡胶复合材料的烧蚀特性和烧蚀过程。研究结果表明：粒子浓度对硅橡胶复合材料的烧蚀率有显著影响;随着粒子浓度的增加,质量烧蚀率急剧增大;随着烧蚀角度的增加,线烧蚀率增加、质量烧蚀率降低;硅橡胶复合材料烧蚀后形成炭化层、热解层、基体3层结构;材料热分解温度范围约为516~710 ℃,主要产物是环己烷以及少量CO₂和H₂O;粒子侵蚀破坏了表面炭化层结构的完整性,引起试样表面质量迁移,并促进了材料内部的热分解。     

一种低烧蚀高渐增性发射药的研究

采用“浸渍-钝感”工艺制得改性单基发射药.用烧蚀管试验表征了该发射药的烧蚀.采用密闭爆发器研究了该发射药的静态燃烧性能,以857-30 mm制式弹道炮研究了发射药在膛内的动态内弹道性能.结果发现,与制式单基发射药相比较,制得的改性单基发射药的烧蚀量降低了16.4％,燃烧渐增因子P,由0.035提高到0.445,初速从8...     

横向过载下气-粒两相流对固体火箭发动机点火过程影响

固体火箭高速自旋诱发的过载环境会引起燃烧室内流动、传热和燃烧耦合关系的改变,致使发动机点火特性区别于常规点火,对点火可靠性和弹体安全产生潜在威胁。为了研究过载下固体火箭发动机点火过程特性,建立耦合颗粒惯性过载场、颗粒碰撞推进剂增强传热、推进剂侵蚀/过载耦合燃烧、流场惯性过载场效应的综合点火模型。对不同横向过载方向、大小以及颗粒粒径下点火过程进行计算,给出了动态气-粒分布特征,分析了颗粒粒径与过载大小对点火峰值压力p_max、点火滞后时间ξ₁、火焰传播时间ξ₂和火焰填充时间ξ₃的影响规律。研究结果表明：点火过程中过载方向引发气-粒分布规律存在明显差异,进而影响推进剂传热与内弹道在时域的缩短规律;相同过载环境下,粒径减小,点火滞后时间ξ₁和火焰传播时间ξ₂缩短,而对火焰填充时间ξ₃的影响基本可以忽略;在大长径比发动机中,点火颗粒粒径不变,点火延迟时间ξ随过载增加而缩短。     

横向过载对固体火箭发动机推进剂点火建压过程的影响

大过载下固体火箭燃烧与流动状态的剧烈变化会导致内弹道出现异常,严重时可能会引起发动机点火失败。为研究横向过载时点火内弹道特性,建立囊括流场惯性过载效应、过载燃烧效应和侵蚀燃烧效应的点火模型。对不同横向过载下燃烧室压力和侵蚀与过载效应燃速增速占比进行计算,并给出了推进剂火焰传播速度与升压速率的关系。结果表明：正向过载下压力峰值增加,负向过载下压力峰值降低;正向过载下,推进剂前段主要由过载效应影响,后段主要由侵蚀效应影响;正向过载加剧下游侵蚀效应,而负向过载对推进剂的燃烧起削弱作用,但程度较弱、持续时间较短;火焰传播速度峰值时刻、推进剂表面首次全部点燃时刻和升压速率峰值点时刻几乎一致,工程上可以用实验中获得的升压速率分析推进剂表面燃烧状况。     

部分切口多孔杆状发射药的燃烧性能

部分切口多孔杆状发射药可明显提高装药的装填密度,合适的切口参数是保持部分切口多孔杆状发射药良好燃烧渐增性的关键之一。为了获得合适的切口参数,设计并制备了不同弧厚、异向切口间隙、同向切口间距和切口宽度的19孔杆状发射药,进行了密闭爆发器试验,研究了切口参数对发射药定容燃烧性能的影响,并和相应的多孔粒状药燃烧性能进行了比较。结果表明:具有合适切口距的部分切口多孔长杆状发射药可以获得和相同药型的多孔粒状药相近的静态燃烧性能;本研究药型条件下,同向切口间距小于20 mm时,发射药的渐增性燃烧表现较佳,侵蚀燃烧不明显。     

钝黑-5炸药中硬脂酸质量分数对燃烧转爆轰的影响

为研究炸药中硬脂酸质量分数对燃烧转爆轰的影响,设计了一种传爆装置,在不同温度下对含有不同质量分数硬脂酸的钝黑-5炸药进行传爆试验,收集试验数据并进行分析。试验结果表明:随着温度的降低,低温下钝黑-5炸药燃烧转爆轰后传爆可靠性变差。当钝黑-5炸药中硬脂酸质量分数在1.0%～1.2%时,传爆装置能够可靠传爆; 当硬脂酸质量分数大于1.2%时,其燃烧转爆轰后的输出威力随着硬脂酸质量分数的增加而降低,不能进行有效传爆。     

37孔硝基胍发射药单一装药和混合装药的燃烧性能

为了解37孔硝基胍发射药单一装药和混合装药的定容燃烧性能,采用花边形37孔三胍-15发射药为主装药(MC),花边形19孔三胍-15包覆药为辅助装药(B)。通过定容密闭爆发器实验,装填密度为0.20 g·cm-3,在高温(50℃)、常温(20℃)、低温(-40℃)条件下,研究弧厚对单一主装药燃烧性能的影响以及混合比例对混合装药(MC+B)燃烧性能的影响。结果表明,随温度降低,37孔单一主装药侵蚀燃烧现象越明显,燃烧渐增性越弱,而相同温度下,弧厚越大的主装药,其侵蚀燃烧现象越不明显,燃烧渐增性越强;温度越高,同一混合比例的混合装药ΔL、Lm/L0值越大,燃烧渐增性越好;相同温度下,混合装药的燃烧渐增性均强于单一主装药,且随着包覆药比例增加,侵蚀燃烧峰逐渐减小,说明包覆药的加入明显地提高了混合装药的渐增性并降低了侵蚀燃烧峰,且在50,20,-40℃条件下,混合装药获得较佳燃烧渐增性的混合比例均为7∶3。     

两次进气对固体火箭冲压组合发动机燃烧和烧蚀环境的影响

为给固体火箭冲压组合发动机补燃室的进气道设计提供参考,研究了空气两次进气对补燃室燃烧效率和内壁烧蚀环境的影响。采用标准k-ε(k为湍流动能,ε为耗散率)模型、涡耗散模型和King硼颗粒点火模型,分别对空气一次进气和两次进气两种补燃室的多相流燃烧进行数值模拟,并进行对比分析。研究结果表明：两次进气可包覆混合燃气,并将其向内挤压,压缩高温区域,改变氧气分布,从而减小高温内壁面积,降低低温壁面温度,减少贴近壁面的凝聚相颗粒数量,从而减弱对壁面的热烧蚀、氧化和凝聚相颗粒侵蚀作用,同时,因造成的动能损失更大,减小了贴近内壁的气流速度,可减弱气流冲刷作用,二者共同作用,较大程度改善补燃室内壁的烧蚀环境;两次进气对补燃室的燃烧效率影响不大,一次进气和两次进气补燃室的总燃烧效率分别为80.68%和80.18%;综合燃烧效率和内壁烧蚀环境两方面,表明两次进气形式优于一次进气形式。     

大口径火炮发射装药点传火模拟试验装置的研究

设计了一种大口径火炮发射装药点传火系统的模拟试验装置,用于测定大口径火炮装药点传火实体的燃烧特性。通过在该模拟试验装置上进行不同点传火结构方案的试验研究,筛选优化出点传火结构方案,进行了装药内弹道验证试验,测得膛压曲线光滑,压差曲线呈衰减状。实验说明该模拟装置,可以对不同点传火结构方案进行对比、筛选,为大口径火炮装药点传火结构设计以及火炮射击试验初期的安全评估,具有指导作用。     

高燃速烟火型做功器件燃烧特性研究

为了研究高燃速做功器件内部燃烧波传播速度的变化规律和燃烧特性,保证该器件作用迅速、稳定,采用光导纤维测速法,对烟火型短脉冲推冲做功装置点火-燃烧过程的传火速度以及不同密度下推冲器的稳定燃速进行测试.结果表明:其燃烧过程具有非平行层燃烧的特性,沿燃烧波传播方向,推进剂燃烧存在不同特征的3个区域,平行层燃烧区,过渡燃烧区以及稳定对流区;装药密度为1.45 g·cm~(-3)时,推冲器的稳定燃速达到最大.     

基于全膛烧蚀磨损特征的火炮内弹道仿真研究

为提高烧蚀火炮内弹道仿真精度,在文献\[1\]火炮烧蚀内弹道理论基础上,保持火药几何燃烧定律、火药燃速定律和体现起始部膛线烧蚀的弹丸起动压力方程不变,通过对变炮膛截面积、变药室容积、弹后烧蚀容积增量等全膛烧蚀磨损特征的分析和计算,建立体现全膛烧蚀的弹丸运动方程和内弹道基本方程,从而建立烧蚀磨损内弹道模型。借鉴经典内弹道诸元解算方法,导出烧蚀磨损内弹道模型解算方法。以某火炮试验数据为例进行仿真烧蚀磨损内弹道计算,仿真结果表明：初速仿真值与试验值误差为0.9%,能够满足火炮工程实践3%的仿真误差要求;仿真精度优于文献\[1\]的火炮烧蚀内弹道方法,证明了所建立的烧蚀磨损内弹道模型和诸元解算方法是正确的,可用于烧蚀磨损火炮身管寿命预测。     

氢氧火箭发动机预燃室喷注器特性研究

为发展高性能分级燃烧氢氧火箭发动机技术，对４种预燃室单元喷注器进行了理论和试验研究。利用相位多普勒粒度仪研究了气／液喷嘴压降比、液体流量及反压对不同结构形式喷嘴的喷雾特性的影响，通过理论计算和燃烧试验，揭示了不同单元喷注器之间的性能、燃气温度分布、燃烧稳定性和点火性能差异。     

铝粉粒度和含量对NEPE推进剂燃烧产物颗粒阻尼的影响

为研究铝粉粒度和含量对NEPE推进剂燃烧产物颗粒阻尼的影响,采用密闭弹燃烧法收集了NEPE推进剂的凝相燃烧产物并开展粒度分析,根据Culick线性颗粒阻尼理论计算了燃烧产物对声不稳定燃烧的颗粒阻尼。结果表明,铝粉的粒度和含量均显著影响NEPE推进剂燃烧产物对声不稳定燃烧的颗粒阻尼,主要是由于铝粉粒度和含量影响了凝相燃烧产物的粒度分布。对一定频率声不稳定燃烧,凝相燃烧产物中粒径处于[1/2D_(opt),2D_(opt)](D_(opt)为最佳颗粒粒径)区间的颗粒质量分数越高,燃烧产物的颗粒阻尼效率系数越大,产生的颗粒阻尼越大。燃烧产物中凝相燃烧产物的质量分数是决定颗粒阻尼大小的因素之一,与推进剂中铝粉含量呈正相关。     

PMMA在固体燃料冲压发动机中燃烧特性的实验研究

为研究聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)在固体燃料冲压发动机（SFRJ）中的燃烧特性,开展了不同装药通道直径、补燃室压强、来流空气质量流率等工况下的SFRJ直连式实验研究。成功获得了不同工况下压强、温度的变化规律、燃面平均退移速率、局部燃面退移速率。实验结果表明：装药通道直径增大,燃面平均退移速率降低,但补燃室压强和温度随之增大;在低压（＜0.8 MPa）条件下,补燃室压强越低,燃面平均退移速率、补燃室温度均随之降低,但影响是有限的。同时,当装药通道直径较小(Dp<=30 mm)时,首次发现了SFRJ的侵蚀效应现象。     

基于瑞利准则的火箭发动机稳定性缩比方法研究

针对高压补燃循环火箭发动机燃烧稳定性试验提出一种基于瑞利准则的稳定性缩比方法，通过量纲分析得到决定稳定性相似的关键参数，给出缩比尺度的确定方法。通过缩比准则，可使推进剂种类和喷前温度不变、喷注速度不变、混合比不变，喷注器和燃烧室同全尺寸发动机分别几何相似，缩比发动机燃烧室压力大于推进剂超临界值。算例分析结果表明，该方法得到的缩比发动机燃烧室的压力和流量等大幅降低。     

掺混装置对固冲发动机掺混燃烧性能的影响

为了强化补燃室的掺混燃烧,提高发动机的性能,采用数值仿真和直连试验相结合的方法研究了掺混装置对发动机性能的影响。研究表明采用掺混装置后发动机的性能大幅提升,典型工作状态下,补燃室总压和特征速度提高约8%,发动机名义推力提高约19%。     

喷油规律曲线形状对柴油机燃烧过程影响的仿真分析

基于多维数值模拟的方法,研究了4种典型的喷油规律曲线形状对直喷式高强化柴油机燃烧过程的影响规律,通过分析滞燃期、放热率形状、预混燃烧及扩散燃烧放热量分配比例、燃烧重心等,得到结论：矩形喷油规律的滞燃期最短,最先着火,斜坡形喷油规律的滞燃期相对最长;矩形和梯形喷油规律对应的预混燃烧阶段放热量占得比例较大,燃烧重心更接近于上止点(TDC),燃烧的等容度高,循环热效率高,斜坡形和楔形喷油规律预混燃烧阶段放热量占得比例较小。