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。     

高能推进剂火焰传播过程实验研究

模拟固体火箭发动机内的点火瞬态,必须了解其推进剂固相表面的火焰传播过程及给定初始气/凝相上的火焰传播速度.通过在推进剂表面嵌入热电偶丝的类靶线法及光电探测法,对后向台阶型装药的高能推进剂开展了两次火焰传播实验.结果表明,上游推进剂表面是由火焰连续传播所点燃,下游表面是由上游推进剂燃烧产生的燃气所点燃,台阶底部区域则是最...     

固体火箭推进剂的模拟低温点火冲击试验加载方法研究

固体火箭推进剂低温下点火瞬间高速加载的耦合作用可能会导致推进剂结构发生破坏,针对此问题,利用推进剂中止熄火的原理,设计了一种中止压力可控模拟点火冲击试验装置,以点火药燃烧产生的燃气对推进剂进行模拟点火冲击。点火压力根据药室容积和点火药量之间的计算公式确定,中止压力通过爆破片破片压力控制。通过对点火冲击过程的压力与时间和升压速率与时间关系曲线分析,得知点火压力和点火方式对点火药燃气的升压速率影响较大。多次重复试验表明：该加载方法中止压力可控,压力偏差<±5%;弱点火时升压速率为2 000 MPa/s,强点火时升压速率达到5 000 MPa/s, 高于通常发动机点火的升压速率;可作为固体火箭推进剂模拟低温点火冲击的研究手段。     

定容燃烧器法热损失影响因素研究

推导了定容燃烧器法工作过程中热损失计算公式,通过实验对影响定容燃烧器法热损失各因素进行定性分析和定量研究.详细研究了推进剂试样的升压速率、燃烧时间、点火方式、燃速等对热损失的影响.研究表明:热损失随着燃烧器内升压速率的增大而减少;随着推进剂的试样燃烧时间减短而减少;合适的点火方式可以减少热损失;推进剂试样的燃速越快则热...     

横向过载下固体火箭发动机内弹道仿真

对两种不同药形的改性双基推进剂固体发动机在高横向过载条件下工作过程建立了燃速模型和内弹道预示模型,研究了横向过载对内弹道性能的影响规律.研究表明50g条件下的横向过载对推进剂燃速影响比较明显,对内弹道的影响程度与药形密切相关.仿真计算结果与试验结果吻合较好,该项研究对发动机设计具有指导作用.     

环境氧含量和压力对铝镁贫氧推进剂燃烧性能的影响

为研究不同海拔处大气氧含量(氧体积分数)变化对铝镁贫氧推进剂燃烧特性的影响,采用激光辐射点火,使用高速摄影仪记录推进剂的点火与燃烧过程,并利用红外测温仪测量推进剂的表面温度及火焰温度,研究了环境氧含量与压力对推进剂的点火过程、火焰温度和燃速的影响。结果表明,环境气体氧含量高于推进剂热解产物中氧含量时,点火气相化学反应主要发生在推进剂热解产物与环境气体的扩散区,初现焰远离推进剂表面,但随着压力增加,扩散区与推进剂表面之间距离减小;火焰温度与环境氧含量和压力线性正相关;压力与环境氧含量增加时,铝镁贫氧推进剂燃速增加,压力和环境氧含量对铝镁贫氧推进剂燃速的影响符合B数理论,压力是影响推进剂燃速的主要因素,但随着压力增加,压力对燃速的影响相对减小,压力从0.1 MPa增加到1.5 MPa时,压力和环境氧含量的燃速敏感系数比从200下降到40。     

利用火焰弯曲理论预测复合推进剂侵蚀函数的方法与应用

固体火箭推进剂的侵蚀函数目前还没有方便而有效的手段(无论理论方法还是实验手段)来获取,火焰弯曲理论能较好地揭示固体复合推进剂侵蚀燃烧现象,以此为基础,建立了火焰弯曲理论侵蚀函数方程,进一步求解得到随燃气流速变化的侵蚀函数。通过实例验证,该获取侵蚀函数的方法及获取的侵蚀函数具有较高的预示精度,满足工程计算要求,对于研究固体推进剂的侵蚀燃烧理论、获取固体火箭发动机侵蚀函数,以及提高固体火箭发动机内弹道预示精度,均具有重要的实际应用意义,该方法仅适用于AP复合推进剂。     

NEPE推进剂在氮气及空气中的点火燃烧特性

为了研究NEPE推进剂的点火燃烧特性,搭建了CO₂激光点火试验平台,使用高速摄影仪拍摄在不同气体环境下NEPE推进剂的燃烧过程,通过信号采集系统测量NEPE推进剂的点火延迟时间,对NEPE推进剂在0.1~3.0 MPa氮气及空气中的点火燃烧特性进行了研究。结果表明,环境压强和环境气体会影响NEPE推进剂的点火燃烧过程,环境压强越大,NEPE推进剂燃烧越激烈,且NEPE推进剂在空气中燃烧时比氮气中更加剧烈。NEPE推进剂的点火延迟时间随着环境压强的增大而减小,当环境压强从0.1 MPa增大到3.0 MPa时,氮气中的点火延迟时间由0.51 s减小到0.29 s,而空气中的点火延迟时间由0.32 s减小到0.18 s,但是当环境压强大于0.5 MPa时,环境压强对点火延迟时间的影响显著降低。同时环境压强会影响NEPE推进剂的燃烧速率,当环境压强从0.1 MPa增加到3.0 MPa时,氮气中的燃速从1.71 mm·s^-1提高到4.54 mm·s^-1,空气中的燃速从2.51 mm·s^-1提高到11.4 mm·s^-1,NEPE推进剂在空气中的燃烧速率增长幅度更大。最后通过燃速经验公式进行拟合,表明Vielle燃速公式更适用于表征NEPE推进剂在0.1~3.0 MPa下的燃速特性。     

基于新型氟碳黏合剂的固体推进剂燃烧性能

推进剂在燃烧过程中产生的凝聚相团聚是造成能量损失及喷管烧蚀的主要原因之一,推进剂中引入氟被认为是解决团聚的有效途径。为此,研究将氟醇化合物（PFD）引入到端羟基聚醚（HTPE）推进剂,使其通过固化反应接入黏合剂交联网络中,形成基于新型氟碳黏合剂的固体推进剂。采用热重（TG）、激光点火表征加入PFD前后推进剂热分解以及相同点火时间下推进剂燃烧强度的变化,并通过扫描电镜（SEM）、EDS能谱表征推进剂燃面火焰形貌以及燃烧凝聚相产物粒径分布。结果表明,加入PFD后推进剂的失重仍然包含3个主要阶段,但PFD会导致推进剂中RDX分解延后15~20 ℃,且在250 ℃前含氟链段完全分解失重;对比空白推进剂样品,含有PFD的推进剂在相同点火时间下具有更高的燃烧亮度;随着PFD的增加,推进剂样品燃烧火焰的密集程度显著增加,且火焰喷射更为剧烈,推进剂的凝聚相产物平均粒径由添加1%PFD时的5.13 μm逐渐减小至添加5%PFD时的1.04 μm。     

中止燃烧方法模拟固体推进剂动态点火冲击过程（英）

为了研究火箭发动机点火过程中动态冲击对固体推进剂的影响,设计了一个基于中止燃烧的模拟点火冲击装置。该装置由点火螺栓、燃烧室和泄压螺栓组成。金属爆破片安装在泄压螺栓的剪切口处,在点火冲击过程中准确控制泄压压力。模拟点火冲击试验的研究对象是圆环柱体形状的poly(BAMO-THF)/AP/Al固体推进剂试样。p-t曲线表明爆破片的泄压压力与测得的压力一致,其误差在±6%。根据p-t曲线计算增压速率,10 MPa下增压速率达到7000 MPa·s^-1,15 MPa下增压速率达到12000 MPa·s^-1,这远远大于固体火箭实际点火过程中的增压速率。在模拟点火冲击试验后,推进剂试样端面(受损表面)镶嵌的粒子受损,而内侧表面(未损表面)仍保持完整的状态。点火冲击试验后,推进剂试样的压缩强度增加,而压缩强度开始增加时的形变值降低。这说明在模拟点火冲击试验后,推进剂受损表面会进一步受损,力学性能也会发生改变。     

膏体推进剂火箭发动机点火特性

为研究膏体推进剂火箭发动机点火工作特性,推导了膏体推进剂燃面变化模型和各阶段燃面方程,编制了发动机点火特性参数计算程序,计算了不同输运管道孔径以及膏体推进剂初始堆积量下瞬态燃烧室压力。设计了膏体推进剂火箭发动机热试车试验系统,成功进行了点火试验,分析了膏体推进剂火箭发动机点火工作过程中四个阶段的特性。结果表明:燃烧室平均压强的计算结果与试验数据吻合较好,计算误差小于5.7%,该计算程序适用于膏体推进剂火箭发动机点火特性参数计算;膏体推进剂初始堆积量增加一倍,初始压力峰值平均增加42.8%;输运管道孔径减小60%,初始燃烧时间平均减小66.5%,余药燃烧时间平均下降26.1%。发动机点火试验时,减小膏体推进剂初始堆积量,可降低燃烧室初始压力峰、增大稳定燃烧时间,另外减小输运管道孔径,可明显增大发动机稳定燃烧时间。     

点火药盒开孔大小对点火燃气内流场特性影响

为了保证阶梯多根的装药设计形式的火箭发动机点火过程的安全性与稳定性,研究了不同开孔大小点火药盒的火箭发动机点火过程的流场特性.采用FLUENT计算软件对不同开孔大小点火药盒的火箭发动机点火过程的内流场进行了三维数值仿真,分析了点火药盒开孔大小对点火过程流场特性的影响.不同开孔大小点火药盒的输出压强都大约在4 ms时达到...     

固体火箭发动机Ⅱ脉冲点火过程流固耦合分析

针对双脉冲固体火箭发动机点火过程,采用流固耦合方法研究了Ⅱ脉冲发动机点火时的流场和装药结构的力学响应,分析了点火燃气、装药及隔层之间的相互流固耦合作用。结果表明:Ⅱ脉冲发动机点火后,燃气使发动机内压强增大,隔层与药柱轴向通道形成先收敛后扩张的形状,对燃气流动和压强分布产生一定影响; Ⅱ脉冲药柱在0.36 ms被局部点燃,在0.93 ms时被全部点燃; Ⅱ脉冲药柱内表面变形先增大后减小,在中间位置和尾端位置呈现一定波动性; 在Ⅱ脉冲发动机增压阶段,隔层尾部受力继续增大直至破坏开裂。     

液体火箭发动机技术发展的现状及未来

本文从燃烧室压力，系统工作循环方式以及量大推力三个方面叙了世界各国液体火简发动机的技术水平。简单介绍了世界各国液体火箭发动机技术发展的趋势及中国的最新进展的分析了中国液体火箭发动机技术发展的可能前景。     

点火过程对小型固体火箭发动机内弹道影响

为了研究某小型固体火箭发动机点火过程对内弹道性能的影响,建立包含点火过程的小型固体火箭发动机的内弹道数值研究模型和试验验证方案,对点火药量为1.0 g、0.8 g、0.6 g和0.4 g的发动机进行了内弹道数值研究,试验研究了点火药量为1.0 g和0.8 g两种情况,数值计算结果与试验结果基本一致。研究结果表明:小型固体火箭发动机由于燃烧室体积小,点火过程对内弹道影响明显;点火药量越大,点火药装填密度越大,引起压力峰值越大,稳定工作时间越短;经验估算得到的1.0 g点火药量产生了过高的压力,是稳定压力的三倍,0.8 g的点火药量能够满足点火可靠性和总体设计要求,产生最大压力为27.08 MPa,稳定工作时长159 ms,建议该小型火箭发动机的点火药量为0.8 g。     

低冰点推进剂对液体火箭发动机性能影响研究

针对低冰点推进剂在液体火箭发动机性能研究中的重要性,对使用MON25/DT3组合的低冰点推进剂液体火箭发动机的启动过程及稳态过程进行研究.建立了发动机系统的数学模型,采用Matlab/Simulink构造系统的仿真模型.根据仿真结果比较和分析了不同初温的推进剂对燃烧室压强、发动机比冲和推力等各方面性能的影响,得出了这三个参量与推进剂初温的拟合关系式.