(1)当表面温度超出临界值时,即 。
(2)当表面温升速率超过某一临界值时, 。
(3)当表面温度-时间曲线出现拐点时, 。
(4)当给定的距离处的表面温度超过临界值时,称为迪普斯蒂克(Dipsdick)点火准则。
(5)当气相中任意点的温度超过临界值时, 。
(6)当燃气发射的光强J超过某临界值时,即 。
(7)当气相中总的热释放速率超过固体推进剂所吸收的辐射热流时。
(8)当气相的热生成与传递给固相的热损失平衡时。
(9)当气相反应速率的空间积分超过某一临界值时,即 。
通常在实际的实验研究中所用到的点火准则列出如下:
(1)照相记录出第一次火焰出现的时间。
(2)热电偶输出突然上升。
(3)固体推进剂质量开始损失。
(4)用具有特殊滤光镜的光电管测出光发射开始的时间。
选择点火准则之前,实验点火准则与理论点火准则应保持一致性,所选择的理论点火准则应能逼真的模拟测量点火开始的方法。因为即使理论点火准则和实际点火准则是相一致的,点火延迟的测量值和计算值也可能无法代表真正的点火过程中的点火延迟时间。无论采用上述的哪一种点火准则,点火延迟时间都主要与燃烧室内腔的自由容积、推进剂物理化学性质、激光功率以及激光的加载时间、外部环境条件(压强、初温、环境气体成分)等因素相关。
1。4 推进剂点火及燃烧特性理论及实验研究
近几十年来,世界上许多研究人员对固体推进剂的激光点火及其燃烧特性做了大量的实验研究。通过理论和实验数据相结合,研究分析了固体推进剂点火过程中的物理和化学变化,建立了大量合理的数学物理模型,可以很好地帮助人们理解推进剂点火时的各个变化过程,使得人们对固体推进剂点火和燃烧机理的研究有了更深入的了解。
Kindelan等人[2]通过使用不断逼近的数学分析方法,研究了固体推进剂对辐射热的深度吸收,以及在气相反应中的吸热气化和放热反应。该方法适用范围不是很广泛,但推进剂的多项参数得到使用,尤其在固体推进剂的性质发生改变时,但是其有效地使用了推进剂各种参数,可在一定程度上揭示点火过程。
Kashiwagi[3]建立了一种综合考虑固体燃料深度吸收辐射热和气相反应的点火模型,通过数值分析,得到了激光辐射点火的热解活化能解,提出为更好理解固体推进剂激光辐照点火过程必须考虑气相反应。并得到固体推进剂可点燃的边界条件。论文网
Kumar等人[4]总结了前人的研究成果,建立了以均质推进剂为研究对象的激光辐射点火模型。实验研究发现在固体推进剂加热速率较快和外部压强较低的情况下,气相反应对点火状态有着十分重要的影响。但该模型有缺陷,它只适用于均质推进剂的辐射点火实验研究,却不能用于复合推进剂辐射点火实验。之后Kumar [5]在均质推进剂点火模型上提出了改进,建立了包括复合推进剂在内的二维辐射点火模型。该模型理论将能量和气体组分的扩散视为二维的,并将推进剂假设为黑体,即认为推进剂表面能够完全吸收热辐射能,不考虑推进剂深度吸收热辐射,虽然理论该模型得到的预测结果与实验实际所测得的一些结果有很好的一致性。但依然不能确切的解释外部压强与点火延迟时间在惰性气体环境下的关系。
J.U.Kim等人[6]使用CO2激光器实验研究了在不同热流密度和环境氧气浓度下硝胺类推进剂的点火和燃烧特性。实验结果显示,其与NEPE推进剂相同,点火延迟时间都随着热流密度的增大而减小。硝胺推进剂中有含能增塑剂组分,环境中的氧气浓度可以显著地影响其点火时间。同时环境中的氧气浓度还可以影响其火焰结构,结果显示氧气浓度越高,火焰越是靠近推进剂燃面。