多功能超音速火焰喷涂的燃烧特性研究

分析了多功能超音速火焰喷涂燃烧过程、燃烧不稳定性，设计了燃烧室，并计算了燃烧室出口的燃气温度和成分。燃烧室分为基本雾化区、混合气回流区、燃烧区和燃烧产物区4个区，燃烧不不稳定性主要与燃烧室压力、燃烧室几何参数、雾化喷嘴的工作参数等有关。燃烧室出口的燃气主要由HO2、CO、CO2组成。设计的桶形燃烧室点火性能好，燃烧效率高。     

B/CuO复合燃料的制备及其对Mg/PTFE富燃料推进剂的影响

为了研究纳米氧化铜(CuO)改性硼(B)对镁/聚四氧乙烯(Mg/PTFE)富燃料推进剂的影响,利用球磨法制备了B/CuO复合燃料,将其添加到Mg/PTFE富燃料推进剂中,利用混合模压成型法制备含有不同比例的复合燃料的推进剂药柱。利用扫描电镜、TG-DSC分别测试了B/CuO复合燃料的微观形貌和热反应性能;利用红外测温仪、X射线衍射、TG-DSC分别测试了推进剂的燃烧速度、燃烧温度、反应产物以及热反应性能。结果表明:复合燃料混合较为均匀,局部有团聚;n(B)∶n(CuO)=32∶3的复合燃料的放热量高于B的放热量,燃烧效率最高,为73.1%,点火温度比B低66 ℃。含此复合燃料的推进剂的燃烧速度和质量燃烧速度均高于Mg/PTFE,分别提高了25.6%和3.1%,平均燃烧温度降低了16 ℃,最高燃烧温度则提高了6 ℃,但是相对于含B的Mg/PTFE推进剂,含此复合燃料的推进剂的燃烧速度和质量燃烧速度分别下降2.91%和19.51%,平均燃烧温度下降了94 ℃和121 ℃;复合燃料推进剂一次燃烧的凝聚相产物主要有MgF₂、MgO、C、Cu以及Mg₃F₃（BO₃）;一次燃烧反应过程主要是PTFE的分解以及F₂和Mg的反应,二次燃烧反应过程则主要为C、Mg以及复合燃料的氧化。     

硼系点火药的改性研究

研究了加入一定量黑火药的硼系点火药的燃烧性能及其对推进剂和气体发生剂的点火能力.实验表明,由70%B/KNO3和30%黑火药组成的新型硼系点火药B1,可以提高某些推进剂和气体发生剂的燃速和燃烧所达到的最大压力.     

超燃冲压发动机凹腔内补氧的强化点火试验

在超燃冲压发动机扩张型燃烧室中,对凹腔内局部补氧的点火强化方法进行了试验研究。采用高速摄影手段研究了不同的补氧方式对凹腔内火焰分布特征和燃烧强度的影响,并针对并联双凹腔燃烧室构型,研究了在单侧凹腔补氧条件下向异侧凹腔的火焰传播过程。试验结果表明,采用凹腔内补氧的方式能调节凹腔内的燃料浓度分布、改善凹腔内的燃烧过程,控制燃烧放热强度;稳态燃烧情况下,观察到凹腔驻留火焰的两种存在特征,分别表现为:由回流区热量反馈机制作用下的凹腔局部驻留火焰和燃烧室全局压力反馈影响下的凹腔剪切层火焰。只有在单侧凹腔燃烧建立了全局压力反馈的条件下才能实现凹腔火焰的异侧传播。      

富燃料推进剂燃烧热值测试不确定度分析

采用氧弹式量热计测定了某富燃料推进剂的燃烧热值,讨论了测定过程中量热系统热容量、内筒温升测量偏差、点火系统放热量、富燃料推进剂质量称量等因素引入的不确定度分量,计算出了氧弹式量热计测定某富燃料推进剂的燃烧热值的合成标准不确定度为19 J/g,扩展不确定度为38 J/g。     

中心分级燃烧室燃烧性能试验研究

针对中心分级燃烧室在常压下燃烧性能,分别进行不同进气温度、进气速度和油气比对值班级单独工作以及值班级与主燃级共同工作时的燃烧性能试验,获得在一定实验条件下的燃烧规律。试验结果表明:值班级单独工作时随着进气温度、进气速度增加,点火特性更好;值班级与主燃级同时工作时,进气速度的增加对燃烧的影响不大;当进气温度增加时对燃烧较好;随着油气比的增加,CO和UHC排放有所增加,出口温度增加。     

双基推进剂用硅橡胶材料包覆设计研究?

以自制涂层、硅橡胶为包覆层对双基推进剂进行包覆,采用热分析法对迁移进硅橡胶包覆层的硝化甘油(NG)含量进行分析,结果表明NG含量极少;并对其黏结性能进行测试,试验数据表明其黏结可靠、良好。将此包覆设计用于实际装药包覆,将包覆装药装填到自制火药启动器后,在常温(25℃)、低温(-50℃×12 h)、高温(60℃×12 h)条件下和经过高低温冲击试验后进行发动机静态点火试验,测试燃烧室压力-时间曲线(p-t曲线),结果表明工作曲线均正常。     

NC体系发射药烤燃点火的响应特性

选用制式的硝化棉(NC)体系发射药进行了烤燃试验,研究了NC体系发射药的配方组成对烤燃作用下的自点火温度和燃烧性能的影响。结果表明,NC体系发射药的配方组分对烤燃响应的自点火温度和燃烧性能影响明显,随着烤燃温度上升,NC体系发射药烤燃响应时经历了热分解—点火燃烧—冲破约束强度造成剧烈响应的过程。单基药中NC的自热反应和硝胺发射药中RDX的气相燃爆反应使得发射药迅速完成热分解到燃烧反应的转变,压力增长速度较快;单基药的自点火温度约为157.5 ℃,增加较低温度开始分解的NG和增塑剂TEGDN提前了发射药的自点火温度;发射药烤燃点火后,压力增长速率与发射药配方组成和弧厚有明显关系,与烤燃响应类型和冲击压力规律相符;增加弧厚对发射药烤燃作用下的热分解无影响,降低了点火后压力的上升速率,有利于降低发射药烤燃响应剧烈程度。     

超音速火焰喷涂简化数学模型及其应用

应用燃料燃烧理论、气体动力学和两相流原理,建立了超音速火焰喷涂焰流特性和粒子加速、加热行为的简化模型,并在计算机上进行了数值求解。研究了气、油质量比(空气过剩系数)对燃烧室焰流温度及相关参数的影响。结果表明,随着气、油质量比的增大,燃烧室焰流温度明显降低,因此气、油质量比不宜过大。另外,预热助燃气体是提高燃烧室焰流温度的重要措施。燃烧室焰流压力越快,焰流出枪速度越大,但焰流出枪温度越低。喷涂WC-Co系合金时,合理的燃烧室焰流压力约为0.6MPa。粒子出枪后,粒子速度和温度均先增大后降低,因此存在一个合理的喷涂距离。针对所研究的条件,合理的喷涂距离约为0.1m。     

燃气轮机燃烧室效率模化试验中压力指数的研究

通过对2种不同类型的燃气轮机燃烧室的数值计算，研究了不同燃烧类型对燃气轮机燃烧室效率模化试验中压力指数选取的影响。结果表明，压力指数除受到燃料、余气系数等影响之外，燃烧类型也有很大影响。对于以碳氢化合物为燃料，化学反应控制类型燃烧室模化中N值相对较大，大致范围为1.6～2.0。当燃烧过程受扩散控制时， N值相对较小，大致范围为1.0～1.4。     

飞片雷管激发药的燃烧性能?

PETN、RDX和造粒RDX可作为飞片雷管激发药。为了研究这3种激发药的燃烧性能,制备了不同配比的造粒RDX,并采用50 m L密闭爆发器测试了3种激发药定容条件下的燃烧速度和峰值压力。结果表明:相同点火条件下,PETN的燃烧速度大于RDX;相同质量的RDX燃烧产生的峰值压力大于PETN;随着KClO_4质量分数的增加,造粒RDX的燃烧速度和峰值压力均呈现先增大后减小的趋势;当KClO_4质量分数为30%-40%时,造粒RDX燃烧性能最佳。     

新型氟碳粘合剂的制备及性能

复合固体推进剂中的铝粉在燃烧过程中容易与Al_2O_3形成凝聚相,降低推进剂比冲和喷管效率,并加重对喷管的烧蚀。为了改善铝粉在燃烧中的凝聚态团聚,研究者们选择将含氟物引入到固体推进剂中。本研究选取了一种含氟多元醇(PFD),采用化学接枝的方式将其分别添加到HTPE粘合剂和PET粘合剂体系中,结果表明两种体系的粘合剂聚氨酯胶片的力学性能都得到了明显提升。DSC和TG结果表明:含氟多元醇的加入对聚氨酯胶片的低温热转变性能没有产生较大影响,但是对其第一阶段的热分解表现出不同的结果,含氟多元醇的引入使HTPE第一阶段的热分解提前,且延缓了PET聚氨酯胶片第一阶段的分解。HTPE固体推进剂的激光点火和燃烧样品熄火表面形貌及元素分析结果表明:含氟多元醇的引入有效改善了铝粉的凝聚相团聚,提高了铝粉的燃烧效率。     

近距离微型广角加力燃烧室点火过程观测系统

由于加力燃烧室尾喷口环境恶劣,难以近距离对其进行观测,传统方法采用远距离观测,成像效果不佳.本文提出一种用于可见光波段的微型广角观测系统方案,使用微型相机,与水冷保护管相结合,可直接在尾喷口后1~2 m位置对加力燃烧室点火过程进行观测.相机直径7 mm,水冷管直径可达20~30 mm,视场角最大可达50°.在模拟实验中,对靶标成像清晰,细节明显.通过视觉成像技术对航空发动机加力燃烧室内部区域工作过程进行观测,得到的观测结果可用于对点火、火焰稳定性和燃烧均匀性的定性评价.     

几种光敏推进剂的热分解动力学及气相产物研究

通过热重差热分析法（TG-DTA）测定了不同配方的光敏推进剂的热分解过程,分别获得了不同升温速率下的峰温。根据Kissinger方程,计算了光敏推进剂的表观活化能和指前因子,并分析了不同配方的区别。通过质谱联用分析技术测定了热分解过程的气相产物种类,并使用NASA-CEA计算了不同配方绝热燃烧后的气相产物的质量分数。结果表明,纳米碳粉和酚醛树脂的添加稀释了样品的纯度,使不同配方的表观活化能和指前因子存在差异,热分解升温速率会影响反应平衡程度,升温速率提高,对反应热的释放或吸收起到阻碍作用,光敏推进剂热分解后的70%(质量分数)气相产物为氮气。光敏推进剂的激光点火试验表明:硝酸铵（AN）作为氧化剂的效果最好。     

正常燃烧与部分燃烧的离子电流研究

进行了定容燃烧弹正常燃烧和部分燃烧的实验,对测得的这两种燃烧状态的离子电流、压力、温度信号以及用高速摄影同步拍摄的火焰发展的纹影图片进行了对比研究和分析,结果表明,正常燃烧的离子电流信号具有三个明显特征 ,即点火、火焰前锋区和焰后区三个阶段;而部分燃烧由于温度较低,只有点火和火焰前锋区信号;部分燃烧的压力和温度最大值小于正常燃烧的值,并且火焰发展和传播速度缓慢,出现"ω"形火焰.采用离子电流峰值法和积分法分别对正常燃烧和部分燃烧的计算显示,部分燃烧时的离子电流信号峰值总是小于正常燃烧的值,特别是部分燃烧的积分值大大低于正常燃烧的值.     

复合有机酸铅对CMDB推进剂热分解及燃烧性能的影响

为研究新型燃烧催化剂复合有机酸铅(Mu-Pb)对改性双基（CMDB）推进剂的热分解和燃烧性能的影响,通过靶线法分析了添加Mu-Pb的HMX/Al-CMDB推进剂的热分解和燃烧特性;同时,采用差示量热扫描仪(DSC)进一步研究了Mu-Pb对CMDB推进剂及硝化棉（NC）/硝化甘油（NG）、奥克托今(HMX)热分解行为的影响。结果表明,一定压力区间内,随着Mu-Pb含量的增加,CMDB推进剂燃速有所升高,燃速压强指数n有降低趋势。当Mu-Pb质量分数由2%增加至4%时,10 MPa下CMDB推进剂的燃速提高了15%,且10~22 MPa时的n由0.67降低至0.40。Mu-Pb对CMDB推进剂热分解的两个阶段均有催化作用,因而可以提高推进剂的中、低压燃速,且其对第2阶段HMX的热分解促进作用更为显著,可以使HMX的热分解表观活化能Ea降低近70%,而对第1阶段NC/NG的Ea影响相对较小。     

预混层流燃烧中离子电流与火焰传播速度的相关性研究

在当量空燃比φa=1、初始压力P0=0.1MPa、初始温度T0=300K、离子电流装置偏置电压U=400V的条件下,对压缩天然气掺氢(CNG+H2)、液化石油气(LPG)、二甲醚(DME)在定容燃烧弹中的球形火焰燃烧过程进行了分析,分别测量了三种燃料的层流火焰传播速度、离子电流以及燃烧压力,利用相关性原理探讨了预混层流火焰传播速度与离子电流之间的关系,研究结果表明:正常燃烧的离子电流通常由点火、火焰前锋以及焰后区三部分组成,而火焰传播速度与焰后区离子电流峰值的样本相关系数在0.51～0.95之间.因此,三种燃料焰后区的离子电流峰值与层流火焰传播速度之间均存在一定的相关性.     

航空发动机燃烧室数值模拟

燃烧室是航空发动机的三大重要部件之一，它的好坏直接影响到发动机的工作性能，因此研制出一种燃烧效率高，热损失少，流阻低，点火可靠，燃烧稳定，寿命长，低污染排放和出口温度高且分布合理的高压高热容高性能的燃烧室是航空发动机研制工作中一项重要的任务。本文采用大涡模拟（Large Eddy Simulation）方法对某型航空发动机燃烧室进行了数值模拟，并对计算结果进行了分析。     

快/慢烤试验中复合推进剂内部温度场的分布

为了研究不同烤燃条件下复合推进剂(PBT/HMX/Al/AP/BU)的响应特性,采用DSC研究了复合推进剂及单组分的热分解特性。复合推进剂的初始分解温度为187.27℃,单组分中BU初始分解温度最低,为192.95℃,表明复合推进剂的热分解过程是从BU开始;分别测量了在快/慢烤试验中,复合推进剂内部温度的变化。结果表明:1)快烤试验中,样品内部温度分布极不均匀。点火90 s后,样品发生反应,此时样品中心的温度为85℃,钢管端盖破裂,样品发生燃烧反应。2)慢烤试验中,样品内部温度分布均匀,几乎无温度差,样品发生反应时,样品内部温度与环境温度均为133℃,试验后样品钢管完全破碎,样品发生了爆轰。由此可见,慢烤试验中,由于样品内部温度分布均匀,发生反应时,大部分样品都处于临界反应温度,一旦激发,破坏效应比快烤试验更严重。     

工艺参数对电场诱导Fe-Ti-C系燃烧合成的影响

采用Gleeble热模拟机,利用电场诱导Fe-Ti-C系燃烧合成,针对保温过程和压力对体系燃烧合成的影响进行了探讨。对体系燃烧合成过程的温度场和合成产物进行了分析,结果表明：电场作用可降低体系的点火温度,200℃保温压坯的点火温度及所达到的最高温度都比相对应的未保温压坯的高,未保温压坯的合成产物由TiC,Fe和Fe2Ti组成,而保温压坯的合成产物主要由TiC和Fe组成,经过200℃保温的合成产物中TiC颗粒比未保温的要小一些。在加热过程中对压坯施加一较小的压力不仅可以降低点火温度,还能获得细小的TiC颗粒,但压力对合成产物的组成影响不大,都由Fe,TiC和少量Fe2Ti组成。