1。2 铝冰推进剂的发展历程 3

1。2。1 铝冰燃料研究历程 3

1。2。2 国内外相关研究进展 4

1。3 铝水推进剂需要克服的问题 5

1。4 本文研究工作 6

2 Alice热力计算与分析 7

2。1 简介 7

2。1。1 CEA软件相关介绍 7

2。2 初始条件 8

2。3 推进剂配方表 9

2。4 燃烧室和喷管热力计算参数 10

2。4。1 燃烧室热力计算结果 10

2。4。2 喷管出口热力计算结果 12

2。5 发动机性能参数 13

2。6 数据分析 14

2。6。1 绝热温度和出口温度分析 14

2。6。2 推进剂性能参数影响 16

2。6。3 初始工作压强对整体参数的影响 18

3  火箭发动机燃气射流尾流场分析 20

3。1仿真软件相关介绍 20

3。1。1 ANSYS相关介绍 20

3。1。2 Fluent相关介绍 20

3。2 物理模型与边界条件 21

3。3数值算法 21

3。4 初始条件确定 22

3。5  计算结果与分析 23

3。5。1 不同喷管入口组分下参数云图 23

3。5。2 来流马赫数对铝冰推进剂尾流场影响 29

3。5。3 喷管入口温度对尾流场影响 34

3。5。4 喷管入口压强对尾流场影响 40

结论 46

致谢 47

参考文献 48

1  绪论

在以往应用于地对轨和轨对轨发射任务的空间推进系统中一般均采用液氢液氧或AP-HTPB-Al复合固体推进剂，或者为二者的相应混合物。其整体推进剂的造价相对来说比较高昂。在以往的大推力应用中，固体火箭发动机是很有应用价值的，因为其整体结构相比较来说较为简单从而可以获得相对较高的推重比。伴随着整体推力技术的改进，传统的固体火箭推进剂越来越受到局限性限制。因此随着推进系统的重量增加以及相应的续航时间的增加，寻找一种新型的高性能比冲的推进剂成为了一种新的研究方向。

自上世纪60年代开始铝冰推进剂燃料开始进行其作为水下推进系统推进剂的相关研究，并取得了相应的研究进展[1]。铝冰推进剂的简易可行使其用于火星探索和探月等空间任务的推进剂有了一定的研究保障。随着纳米级铝粉颗粒的研究,使得整体铝水反应系统有了更好的应用价值和前景。

在目前的测试中铝冰推进剂的相关性能和生存能力已经得到了测试并进行了如静电阻抗安全测试、机械拉伸测试、和碰撞测试等相关试验，同时将试验结果进行了发表。每种候选配方的弹道数据的静态稳定试验链和实验室规模的热点火火箭试验也已经得到了初步试验数据：线性质量燃烧率、残渣堆积、发动机尺寸影响、推力和压力等实验数据。并对发动机标定的热损失、积渣和推力的影响也做了相关测试。同时Franson等人经研究得出推进剂的预期比冲可以达到355s到375s之间，虽然在这个实验过程中由于存在17%的铝并未按照预定方案燃烧导致实验数据所获得的比冲低于预期比冲。但这个理论比冲数值远高于一般的推进剂比冲，因此铝冰推进剂的方案应该是可行的。除此之外在一般的复合推进剂中燃料燃烧所获得的是具有腐蚀性和毒性的盐酸，而铝冰推进剂的燃料燃烧所获得的是铝的相应氧化产物和水，属于绿色环保型推进剂。