点火能量对单基发射药燃烧爆炸特性的影响

为了探究点火能量对单基发射药燃烧爆炸特性的影响，自主设计了发射药燃烧爆炸试验装置。使用黑火药对单基发射药点火，开展燃烧爆炸实验。通过对铝制鉴定板及约束钢筒内壁烧蚀痕迹的分析，获得不同点火能量对单基发射药燃烧爆炸特性的影响。结果表明，点火初期约束钢筒内发射药燃烧反应不完全，反应剧烈程度较弱；随着距点火端距离增大，发射药燃烧反应剧烈程度变强，但此时反应仍不完全；在约束钢筒末端发射药反应完全。在4.0、5.0和8.0 kJ点火能量下，发射药点火初期到反应剧烈程度迅速增强的成长距离分别为54.66、 53.95和19.38 cm。20.0 kJ能量点火初期发射药反应剧烈程度较强，传播至末端时发射药发生爆燃反应，鉴定板产生明显凹痕；发射药在约束钢筒内不同位置分别发生了缓慢燃烧、快速燃烧和爆燃。     

含能液滴间相互作用对着火、燃烧过程的影响

在控制再生式液体发射药火炮燃烧稳定性的背景下，采用挂滴装置和高速摄影系统开展了 ＨＡＮ基液体发射药 ＬＰ１８４６液滴组内部相互作用对着火、燃烧过程影响的研究。观测了液满间相互作用对它们所经历的四个特征过程的影响。定量测试液滴组平均着火延迟期、着火温度等特性参数与环境温度和液滴中心间距的关系。实验发现:在一定条件下，液滴组将出现聚并现象。最后．建立了一个工程简化模型，理论计算与实验数据吻合较好。这个工作对控制燃烧稳定性和抑制压力振荡有一定的指导意义。     

多孔发射药等离子体增强燃速

利用密闭爆发器实验系统进行了等离子体增强4/7高固体发射药燃速特性的实验研究。采用等离子体发生器的电能利用效率来表征密闭爆发器内输入的等离子体能量,拟合了考虑压力梯度影响和电功率增强的固体发射药瞬态燃速公式。根据实验数据得到4/7高固体发射药的电功率燃速增强因子为0.005 MW-1。与Woodley燃速公式相比,瞬态燃速公式与实验压力曲线符合程度更高,能够更精确地描述固体发射药在等离子体作用下的燃烧过程。     

新型发射药爆炸TNT当量系数的实验研究

TNT当量系数是危险品工程抗爆设计和安全距离确定的重要依据。为确定H1和H2两种新型高能发射药的TNT当量系数,分别开展了10 kg TNT和新型发射药的空气自由场静爆实验。基于修正的当量系数计算方法和测量得到的不同爆心距离处冲击波超压时程曲线,确定了不同比例距离处两种高能发射药的超压和比冲量TNT当量系数。研究结果表明,发射药爆炸产生的冲击波传播规律与TNT炸药爆炸产生的冲击波传播规律相同,符合爆炸相似律,相同质量发射药爆炸产生的冲击波超压和比冲量都显著高于TNT的。随着比例距离的增大,H1的超压当量系数先增大后减小,最大值为1.34;H2的超压当量系数逐渐减小,最大值为1.26。两种新型发射药的比冲量TNT当量系数均随比例距离的增大先减小后增大,H2的比冲量TNT当量系数大于H1的,最大值为1.38。本文中修正的计算方法能更准确计算被试样品的TNT当量系数,实验结果可为提高抗爆结构安全性设计提供参考。     

热壁条件下油气的热着火现象

设计了高温热壁油气热着火实验系统,对受限空间油气混合气体在热壁条件下的热着火现象进行了实验研究。根据实验结果,详细讨论了油气混合物的着火方式、临界着火温度、着火压力范围以及体积分数、温度的变化规律。实验发现:热壁条件下油气混合物引燃分为油蒸气的热裂解-油气快速氧化反应-油气急速氧化反应3个阶段;油气混合物着火模式为燃烧、热爆燃和热爆炸;油气在汽油自燃点附近开始快速化学反应,热着火临界温度高于汽油自燃点近80 K;温度特征曲线在着火时具有突变性质;热壁温度达到783～873 K时,存在压力范围为2.2～17.6 kPa的三角形油气热着火压力半岛。     

一种排气式膛压模拟装置

为了在实验室条件下简洁、高效地获得与实际相符的膛压曲线,进而开展典型结构和材料膛压载荷响应特性研究,提出了压力舱内发射药燃烧同时发射药气体由排气件排出的膛压模拟装置。结合发射药燃烧理论和等熵流动模型,建立了排气式膛压模拟过程的数学模型。基于理想气体假设,利用Fluent软件模拟泄压过程质量流量规律,并与理论结果对比,确定了流量系数。分别根据76和155 mm火炮膛压曲线特点及小型化设计原则,对模拟装置性能参数进行了优化设计。优化结果表明,获得的压力曲线的增压速率和降压速率基本满足要求,峰值压力达到300 MPa,压力大于30 MPa历时10 ms以上。验证实验结果表明:压力曲线有良好的重复性,且与理论结果一致,装置工作可靠性高;以排放发射药气体方式模拟膛压曲线是可行的。     

液体推进剂爆炸理论与实验研究

建立了自燃液体火箭推进剂爆炸热辐射效应和冲击波特性理论模型，介绍了实验研究的方法，给出了Ｎ２Ｏ４／ＵＤＭＨ液体推进剂爆炸产生的火球直径、火球温度、火球辐射热流、爆炸冲击波超压值等参数计算与实验观测结果，结果表明计算结果与实验观测结果吻合。由Ｎ２Ｏ４／ＵＤＭＨ液体火箭推进剂爆炸产生的火球最大直径Ｄｍａｘ和火球持续时间ｔ０是推进剂总重量Ｗ０的函数，根据实验数据整理的函数关系式:利用该理论模型预测了大型Ｎ２Ｏ４／ＵＤＭＨ组元液体推进剂运载火箭发生爆炸事故产生的上述参数，以及热辐射和冲击波不发生破坏和危害的安全距离。该计算模型可为载人航天器逃逸系统及航天靶场设计提供理论数据。     

一种整装式液体发射药燃烧控制技术

介绍了整装式条件下液体发射药（ＢＬＰ）的一种燃烧控制技术。采用多孔介质及其附着剂，改善并控制填充于其中的液体发射药燃烧性能。在不采用喷射雾化装置条件下，实现液体发射药稳定燃烧，控制燃烧速度，强化化学反应过程。     

考虑热渗效应的有限热源固结近似解1）

通过建立考虑热渗效应和热流固耦合效应的饱和土体固结方程,研究了无限长圆柱热固结问题. 利用Fourier 和Laplace 变换及其逆变换,给出了热固结问题的解析解;然后对空间内无限长圆柱形热源问题进行研究,得到非等温条件下柱体周围饱和土体温度、孔隙水压力的近似解,并总结其规律,分析了热渗系数、固结系数对温度作用下土体固结的影响.     

非金属固体材料在微重力环境中的着火及燃烧特性研究

微重力条件下固体材料的着火和火焰传播特性研究对于发展燃烧理论、保障航天器防火安全具有重要意义.由于地面设施微重力时间长度的限制,已有对微重力下材料燃烧过程的实验研究主要集中在热薄材料,而关于热厚材料的实验结果十分有限.作为实践十号(SJ-10)卫星科学实验项目之一,非金属材料燃烧实验将利用长时间微重力条件开展低速流动中典型热厚材料着火和火焰传播过程研究.简要介绍非金属材料燃烧项目的研究目标、空间实验内容、有效载荷技术特点和地面实验验证情况.     

Nonsteady burning of a solid propellant in a gaseous oxidizer flow

The burning of a solid propellant is investigated for nonsteady heat propagation in the induction zone. The equation of heat conduction in the propellant is solved in finite form for the case of a sharp change in burning rate; the time dependence of the temperature gradient at the propellant surface is obtained and used to investigate the mechanism of collapse of the diffusion flame above the surface. The combustion stability of a propellant burning in a channel with a large free volume is analyzed. The perturbations of the gas-dynamic quantities are related with the perturbations of the burning rate and hence with the properties of the induction zone in the solid phase. An analysis of the dispersion relation for the limiting case of propagation of acoustic waves in a stationary gas shows that the longitudinal acoustic perturbations that develop in the channel may grow with time, interacting with the heated subsurface layer of propellant.Translated from Zhurnal Prikladnoi Mekhaniki i Tekhnicheskoi Fizikt, No. 4, pp. 44–52, July–August, 1971.In conclusion the author thanks B. V. Librovich for formulating and discussing the problem and A. G. Istratov and V. G. Markov for their valuable comments.     

Damage of a high-energy solid propellant and its effects on combustion

In order to improve the safety of high-energy solid propellants, a study is carried out for the effects of damage on the combustion of the NEPE (Nitrate Ester Plasticized Polyether) propellant. The study includes: (1) to introduce damage into the propellants by means of a large-scale drop-weight apparatus; (2) to observe microstructural variations of the propellant with a scanning electron microscope (SEM) and then to characterize the damage with density measurements; (3) to investigate thermal decomposition; (4) to carry out closed-bomb tests. The NEPE propellant can be considered as a viscoelastic material. The matrices of damaged samples are severely degraded, but the particles are not. The results of the thermal decomposition and closed-bomb tests show that the microstructural damage in the propellant affects its decomposition and burn rate.     

Heat sources,energy storage and dissipation in high-strength steels: Experiments and modelling

Tensile tests on three high-strength steels exhibiting Lüders band propagation are carried out at room temperature and under quasi-static loading conditions. Displacement and temperature fields on the surface of the flat samples are measured by digital image correlation and digital infrared thermography, respectively. The true stress versus true strain curves were calculated from the displacement data, while the thermal data were used to estimate the heat sources using the local heat diffusion equation. Based on these measurements the stored and dissipated energies were estimated up to diffuse necking. A thermodynamically consistent elastic-plastic constitutive model including the von Mises yield criterion, the associated flow rule and two non-linear isotropic hardening variables is applied to describe the behaviour of the high-strength steels. It is shown that this simple model is able to reproduce both the local behaviour, such as the power associated to heat sources, and the global behaviour, such as Lüders band propagation and stored and dissipated energies. It is further shown that the ratio of dissipated power to plastic power varies during plastic straining and that this variation is captured reasonably well in the numerical simulations.     

零重力条件下低温射流抑制大尺寸液氢储罐热分层的数值研究

液氢是一种常用的沸点低、易蒸发的空间低温推进剂. 空间微重力环境中浮力对流被极大减弱,当推进剂储罐壁面存在局部漏热时,储罐内部气液两相流体系会出现环绕漏热源的热分层现象,引起局部过热沸腾,导致储罐内部压力急剧增大,危害系统结构安全. 利用低温射流抑制储罐热分层现象是一种有效手段. 低温流体通过设置在储罐内部的射流喷嘴与储罐内部的流体混合,消减局部高温,实现温度的均匀化. 采用全充满的二维大尺寸储罐模型,对零重力条件下液氢储罐内局部漏热引起的热分层现象开展了数值模拟,主要分析了位于靠近储罐底部的漏热带以及出口衔接段漏热带漏热形成的局部热分层现象的抑制和消除,并研究了不同低温射流条件对于消除零重力条件下液氢储罐内部热分层效果的影响. 研究结果表明对于大尺寸储罐,当采用圆形射流喷嘴且低温射流条件相同时,射流喷嘴的位置对罐体内部热分层消除效果影响不是很明显. 当射流喷嘴位于储罐内部同一相对位置且入射流量相同时,圆形射流喷嘴因出流方向更集中,罐内流场演变更快,消除热分层比半球形射流喷嘴更有效.      

冲击破碎高能推进剂的燃烧异常

为研究高能推进剂的冲击损伤状态对其使用安全性的影响,以爆轰波为加载手段,对NEPE推进剂试样进行冲击损伤。经扫描电镜观察和密度测量,冲击试样的基体材料和固体颗粒破坏严重,密度降低。热分析实验表明,损伤有利于试样中硝酸酯热分解的进行。密闭爆发器实验显示,损伤使燃烧速度加快。     

Projectile dynamics at low barrel pressures

A mathematical model for a projectile shot at low pressures in the space behind the projectile space is developed. The pressure rise is limited because of the nonsimultaneity of propellant ignition and combustion and the discharge of the propellant combustion products through the gap between the projectile and the walls of the gun barrel. The kinetic characteristics of flame propagation over the propellant particles are determined. A comparison of calculation and experimental data is performed. The calculation results are used in designing 2A85 self-propelled launchers and upgrading 2A30 self-propelled launchers. __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 48, No. 6, pp. 44–49, November–December, 2007.