壁面材料与推进剂燃烧国内外研究现状
时间:2018-03-13 11:37 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 20世纪前，黑火药是世界上唯一的火箭用推进剂。1888～1889年发明的双基火药在第二次世界大战前，主要用作火炮发射药。1930年后，英、德两国将此类双基火药挤压成管状，用作战术火箭的推进剂。1944年美国创制双基推进剂铸装成型法，将双基推进剂用于中程导弹。双基推进剂即双基火药，是由高分子炸药和爆炸性溶剂，再混入少量附加物溶解塑化而制成的，既用于发射药，也用于推进剂。双基推进剂的燃烧是一个复杂的物理化学反应，为了便于控制推进剂的燃烧，将其控制在一个空间内燃烧，即壁面燃烧。纵观历史壁面材料与推进剂燃烧特性的关系在国内外少有正面提出，更多的是改进推进剂配方，旨在提高弹道稳定性，更好的达到预期目标，却忽略了靠降实际使用中减小壁面材料对推进剂燃烧特性的影响，提高弹道稳定性。19541 国外研究进展 国外较早的研究开始于上世纪70年代，Zenin A A等[3]研究了巴里斯太火药推进剂在壁面附近燃烧和熄灭的临界直径，他们发现了燃速降低的又一个“触发机制”，即熄灭是从壁面附近的部分开始的，然后扩散到整个表面。 在二十世纪，国外开始对此进行了大量研究。其中，主要分两个方向进行研究：一个是对推进剂在壁面材料中的燃烧进行建模；另一个是研究推进剂在燃烧和熄灭时的形貌特征。 在建模中成果有：Evgenii B R等[8]基于固体燃料提出的适于为推进器阵列的建模策略。最终他们结合电路、传热、燃烧和气体动力学；一方面考虑小型化，另一方面又考虑大规模并行处理（数百推进剂），建立了基本适用的计算模型。Ward M J等[11]构建了一种新的均值含能材料燃烧的简化模型。利用该模型发现在含能材料表面附近的气相反应区更多的是连锁反应机制，而不是经典的高活化能热分解机理。在主要的中间压力区，气相和冷凝相的反应对燃烧速率都有重要影响，这使反应区的任何化学反应都可能利用来降低燃烧速率。S•S Rybanin等[2]基于推进剂的不均匀导热方程的渐近解构建一个关于带有扁平导热元件的压缩推进剂的燃烧的封闭理论，并最终经过一系列公式用算和实验数据汇成图形得到证实。 在第二个方向上，M.W.Beckstead[1]研究了在燃烧过程中凝聚相和气相谁占主导。他们采用相同的传统推进剂配方研究发现，在低压时，凝聚相的反应可能起主要作用；而在高压时，在凝聚相中停留时间极短，气相的反应肯定起主导作用。Marshakov V N[4]研究了推进剂在接触壁面或底面时的熄火现象。研究发现就样品的熄火直径来说，靠近壁面时推进剂出现熄火现象是由于燃烧波轮廓的曲率大小（迈克尔逊马克斯坦标准下）比临界值小。在相同情况下壁面上未燃烧的推进剂层厚度与底部的厚度几乎相等。 国内研究进展 而我国在二十世纪也开始了对这方面的研究，也主要为这两个方向： 在国内，南京理工大学在建模这方面有一定的研究，叶迎华等[10]对化学微推冲阵列传热过程进行了数值模拟，并用自己建立的模型对装填斯蒂酚酸铅的7740玻璃、环氧树脂、微晶玻璃和硅药室单元燃烧40-80 ms过程中室壁温度成长和温度分布进行了数值模拟。结果表明, 药室材料的导热系数和单元燃烧时间是影响温度成长和推冲单元分布的主要因素。还有对微细圆管内火药燃烧稳定性影响因素进行了数值模拟，沈瑞琪等[9]为了解微燃烧器内固体含能材料燃烧的影响因素, 采用ANSYS瞬态热分析研究了微细圆管燃烧器内固体药柱燃烧时, 燃烧器尺寸、壁厚和壁面热传导系数对燃烧器壁面温度分布和热损失的影响。结果表明: 燃烧器壁面的热量传递是决定微尺寸下能否稳定燃烧的关键。随着燃烧器尺寸的减小, 加强了燃气和壁面的相互作用, 热损失增大, 导致燃烧不稳定甚至熄灭。而壁面热传导系数对壁面热量传递起着竞争的作用, 随着壁面热传导系数的减小, 壁面热损失和壁面轴向传导至预热区的热量均减小, 但前者的作用较大, 利于燃烧稳定。另外研究表明, 在一定壁厚范围内, 增加壁厚有利于燃烧稳定 (责任编辑：qin) |