固体贫氧推进剂辐射点火与燃烧过程研究

发布时间：2020-06-28 05:04

【摘要】：固体贫氧推进剂作为推进系统的动力来源,其点火性能对固体燃料冲压发动机(SFRJ)工作特性的影响显著。固体贫氧推进剂点火过程和燃烧性能的研究有助于揭示固体贫氧推进剂燃烧机理,为建立和验证推进剂点火模型提供参考数据,对推进系统的性能预估具有重要指导意义。本文对铝镁贫氧推进剂在低压环境下和切向气流环境下的点火燃烧特性进行了实验研究,并测量得到了铝镁贫氧推进剂在点火燃烧过程中的燃烧波温度分布。(1)在低压环境下,以不同激光热流密度对铝镁贫氧推进剂进行激光点火实验,研究了低压对铝镁贫氧推进剂点火和燃烧特性的影响,用高速摄影仪记录了推进剂的点火燃烧过程。结果表明,随着压强的降低,推进剂点火延迟时间增加,但随着热流密度的增大,压强对点火延迟时间的影响显著降低;压强对推进剂燃速影响较大,随着压强的降低,推进剂燃速降低,当压强从O.1MPa降至O.01MPa时,燃速降低47%;用Vielle公式和Summerfield公式对燃速进行回归分析,发现在低压环境下Vielle燃速公式更适用于表征铝镁贫氧推进剂的燃速特性。用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)对铝镁贫氧推进剂燃烧产物进行了扫描,分析了低压对推进剂燃烧产物微观组织和燃烧产物粒度的影响。(2)在不同切向气流速度和不同切向气流组分工况下对铝镁贫氧推进剂进行激光点火,研究其点火燃烧特性。结果表明,随着气流速度的增加,推进剂燃烧表面的侵蚀燃烧效应也越明显;气流速度还影响着推进剂表面反应的扩散速率,当气流速度较低时,随着气流速度的增大,点火延迟时间逐渐降低,当气流速度为0.8L/min时,点火延迟时间降至最低为350ms,但随着气流速度的继续增大,点火延迟时间呈增加趋势。随着气流组分中氧含量的增加,推进剂点火延迟时间减小,但当气流组分氧含量低于14%或高于21%时,氧含量对推进剂点火延迟时间的影响减弱。(3)采用热电偶测温技术研究了铝镁贫氧推进剂燃烧过程中激光功率密度和低压对燃烧波温度分布的影响。结果表明:推进剂对激光能量有深度吸收效应,激光功率密度越大,表面向固体内部传热越快,深度吸收效应表现得越明显。低压对推进剂固相温度几乎无影响,而对表面反应区和气相区温度分布有较大影响。推进剂燃烧表面温度随着压强的降低而降低,压强从O.1MPa降低到0.02MPa时,燃烧表面温度降低约80K;火焰区温度也随着压强的降低而降低,压强从0.1MPa降低到0.02MPa时,火焰区温度降低约50K。当压强较低时(0.06MPa以下),火焰区燃烧波温度波动较大。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V512
【图文】：

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图１．１固体燃料冲压发动机示意图逡逑固体推进剂的点火过程包含传热、流动、相变、化学组分的质量和浓度扩散等复杂逡逑瞬态现象，如图１．２所示。影响固体推进剂点火性能的因素众多，除点火能量、推进剂逡逑组分、环境温度外，点火环境压强和环境气体浓度对点火性能也有明显影响［３，４］。固体推逡逑进剂燃烧期间的反应速率比通常见到的化学反应速率快得多，燃烧时还常伴有物理（速逡逑度，温度，压力）变化，所以必须引入气动热化学的理论才能更清楚的认识固体推进剂逡逑燃烧机理。如此一系列的复杂点火过程导致实验研究困难重重，现有的推进剂点火燃烧逡逑理论尚不足以全面描述燃烧机理。为了能更加清晰精确地描述固体推进剂的点火燃烧过逡逑程，建立更加完善合理的点火燃烧理论，国内外科研人员仍１邋塔持不断探索的科研精神，逡逑孳孳不息地对固体推进剂点火进行着深入的研宄［ｗ］。逡逑１逡逑

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进气道逦N逦燃烧室逦—一一一——喷管逡逑图１．１固体燃料冲压发动机示意图逡逑固体推进剂的点火过程包含传热、流动、相变、化学组分的质量和浓度扩散等复杂逡逑瞬态现象，如图１．２所示。影响固体推进剂点火性能的因素众多，除点火能量、推进剂逡逑组分、环境温度外，点火环境压强和环境气体浓度对点火性能也有明显影响［３，４］。固体推逡逑进剂燃烧期间的反应速率比通常见到的化学反应速率快得多，燃烧时还常伴有物理（速逡逑度，温度，压力）变化，所以必须引入气动热化学的理论才能更清楚的认识固体推进剂逡逑燃烧机理。如此一系列的复杂点火过程导致实验研究困难重重，现有的推进剂点火燃烧逡逑理论尚不足以全面描述燃烧机理。为了能更加清晰精确地描述固体推进剂的点火燃烧过逡逑程，建立更加完善合理的点火燃烧理论，国内外科研人员仍１邋塔持不断探索的科研精神，逡逑孳孳不息地对固体推进剂点火进行着深入的研宄［ｗ］。逡逑１逡逑

【参考文献】