目前,国内主要研究了冷壁效应作用下推进剂在燃速调节剂、催化剂的作用下的燃烧情况;并且建立了推进剂的燃烧模型,以此研究冷壁效应作用下的推进剂燃烧机理。
赵孝彬等[6]的研究得出以下结论:燃速调节剂CA对GAP/AN推进剂的燃烧过程有显著的影响,CA改变了熄火表面的结构,加速了凝聚相的分解反应。通过对GAP/AN推进剂添加CA和未添加CA的熄火表面做对比,含有燃速调节剂CA的GAP/AN推进剂熄火样品与不含CA有显著区别,其表面呈蜂窝状,燃速调节剂CA改变了GAP/AN推进剂的燃面结构,加快了凝聚相分解反应的速度,从而提高了推进剂的燃速。袁志锋等做了与赵孝彬等相似的研究[21],不同在于袁志锋等做的是纳米材料对双基和改性双基推进剂燃烧性能的影响研究,发现纳米复合物n-DNP在5~20Mpa可提高含HMX/Al的改性双基推进剂的燃速,同时可降低推进剂的压强指数,显示出较强的催化燃烧作用和显著的降低压强指数的能力。纳米Al粉在一定程度上可提高低燃速推进剂的燃速,降低推进剂压强指数;纳米AlN粉能显著降低推进剂的燃速,在一定程度上可提高推进剂的压强指数,是一种有良好应用前景的降速剂。24151
赵凤起等[5]对分别含有Pb盐、Pb/C双元催化剂及Pb/Cu/C三元催化剂的三种RDX-CMDB推进剂熄火表面形貌特征进行了研究。结果发现,不同的催化剂可导致推进剂熄火表面的特征物类型和几何尺寸不同,燃烧表面上明亮物质的几何形状、亮度不同。对含不同钾盐的NC/TMETN推进剂熄火表面特征研究,有机钾盐KD使推进剂熄火表面上Cu元素的含量降低,导致Pb和Cu的复合催化作用减弱,而KNO3使推进剂熄火表面碳含量降低,铅球尺寸增大,导致催化活性组分减少,催化作用减弱K3AlF6与铅的氧化物在推进剂熄火表面形成了PbF4从而完全破坏了铅化物的催化作用。同时宋贵贤等[14]发现,在CMDB推进剂中添加Al、Mg/Al等金属燃料,改变了火焰结构;Mg/Al合金可提高金属燃料Al粉的燃烧效率。复合改性双基推进剂中添加叠氮酸酯也可以提高燃速与能量[15]。论文网
刘建等[10]对推进剂燃烧的传热模型(有限差分模型)进行了研究。根据燃烧传热原理,建立了阵列单元燃烧传热过程的一文有限差分模型,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。如图2所示,只以药柱为研究对象,其能量主要由药剂化学反应放热、点火桥膜生热、出口燃气热损失和管壁热传导构成,由于药量少,燃烧时间非常短,忽略出口燃气热损失;而且因为数值模拟时间步长以纳秒级划分,假设在单个时间步长内燃烧产生的热量来不及向管壁传导,因此在计算单个时间步长时忽略管壁传热损失,同时由于电阻桥点火时间相对药柱燃烧时间很小,所以将电阻桥通电发热量换算入能量方程,从而略去点火桥生热
对于国外的研究,在这主要介绍其在实际应用的研究情况,如不同壁面材料对含能材料的燃烧特性影响,自然条件下的燃烧情况,以及一些理论研究计算。
V.N.Marshakov[4]等研究了推进剂在接触壁面或底面时的熄火现象。硝化甘油基推进剂N和NB的非稳态条件下燃烧至导热侧壁或放置到一个导热底面下时产生的熄火现象,是由于切向波使燃烧点混乱并迁移,从而得到壁面材料的导热性和推进剂燃速与未燃烧的推进剂层厚度之间的关系。其结论为两种推进剂在侧壁和底面时,壁面材料的导热性和推进剂燃速与未燃烧的推进剂层厚度之间的函数关系一致。并且可以得到在给定压力和燃速时,比较推进剂N和NB的未燃烧层厚度,推进剂NB的未燃烧层厚度比推进剂N的大,其原因主要与两种推进剂的组分有关。
不同的壁面材料其导热性不同,导热性越好的材料,相比而言,其临界直径也就越大[2,4]。导热性好,散热能力就越好,对推进剂燃烧时,所失去的热就越多,与燃烧不利。由此,可以得出推进剂的燃烧同样与壁面材料的导热性有关。同时,根据热传导理论,当环境温度高时相比环境温度低时,推进剂燃烧时热损失较小[2]。
当推进剂的直径减小到某一值时,推进剂会熄火,此时的推进剂直径称为临界直径,也称为熄火直径。低于临界直径时,推进剂熄火,反之,高于临界直径时,推进剂燃烧[3,4]。因此,推进剂的燃烧性能也与推进剂的临界直径有关。
对于推进剂燃烧与熄火的研究最终目的是为了在现实中运用推进剂。因此,在自然条件下,推进剂燃烧情况是相当重要的。实验[1]在不同的自然环境下进行的,有在冬天雪地和冻土条件下进行的,也有在夏季进行的,同时使用不同类型的推进剂进行实验。实验结果表明环境因素对推进剂的燃烧有很大的影响,这使得推进剂有大量残留物,对环境有很大的危害。
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