《亞大氣壓下Al化複合推進劑燃燒及反應兩相流特性研究》是依託南京理工大學，由張領科擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：亞大氣壓下Al化複合推進劑燃燒及反應兩相流特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張領科
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用AP基複合推進劑燃燒來實現減阻增程的底部排氣技術在火炮彈箭中得到廣泛套用，其顯著缺點是燃燒不穩定性和尾流場發展不一致性引起射程散布增大。本項目圍繞提高AP基複合推進劑燃燒穩定性和排氣減阻效能及亞大氣壓下氣-粒兩相流場發展機理開展研究。製備三種包含不同粒徑的Al粒子AP複合推進劑實驗樣品；模擬亞大氣壓環境對樣品進行燃燒實驗；利用高速錄像獲取Al粒子燃燒圖像，對燃燒產物測試分析，研究其燃燒、熔化、氧化聚集與組分參數的關係及Al粒子微團對推進劑燃燒穩定性的影響機理。建立Al化複合推進劑燃燒物理模型和數學模型，對Al粒燃燒、熔合和結塊等進行數值分析，研究底排藥劑燃燒過程的鋁粒子聚集特性及燃燒產物中的氣-粒兩相流特徵。建立底排流場發展數學模型，基於實驗數據和計算結果，結合實際工況高超音速來流條件，計算分析尾流場特性，研究Al粒子燃燒對底排減阻效率的影響，為改善Al化複合推進劑燃燒穩定性積累數據。
結題摘要
本項目根據計畫要點逐步開展工作，主要工作和成果如下：(1) 通過製備Al化AP基HTPB複合底排推進劑樣品，採用DSC與導熱儀測定樣品比熱容與導熱係數以及隨溫度變化的規律，積累基礎實驗數據；同時，研究了老化樣品的分解特性，指出比熱容與導熱係數同理論值的差異。(2) 藉助SEM高倍掃描電鏡和圖像處理技術分析了樣品的AP顆粒粒度分布，為三維建模積累了基礎數據。(3) 利用雷射點火技術與高速錄像設備，研究了樣品點火延遲時間雷射強度之間的關係，建立了基本燃速方程，數值計算分析了Al粒子與AP顆粒的粒徑和質量百分數對燃速的影響；同時，建立了基於複合推進劑熱分解機理的雷射點火延遲時間的分階段確定方法。(4) 採用DSC方法研究了AP/HTPB複合底排推進劑的分解機理，給出了活化能與指前因子的確定方法和計算結果，為下一步詳細計算熱分解過程提供了基礎數據。(5) 考慮組分影響，建立了Al化AP基HTPB複合底排推詳細的燃速方程I；通過分析國內外有關AP/HTPB複合推進劑燃速的實驗結果，建立另外一種詳細的燃速模型，計算結果表明該模型具有較高計算精度。(6) 通過引入AP顆粒的燃速初溫敏感因子，對比分析三種基本的初溫敏感因子計算模型；通過建立底排裝置內彈道模型與底排彈6D外彈道模型，研究底排推進劑初溫對落點散布的影響，數值計算與試驗結果比較吻合。(7) 基於一種36組分和72步反應的AP/HTPB氣相反應機理，採用CHEMKIN軟體模擬出了AP/HTPB複合推進劑熱力參數；針對8種AP/HTPB配比情況進行了熱分解模擬，得到了氣相各產物的組分的濃度，為化學反應兩相流數值模擬提供了處理方法和基礎數據。(8) 藉助PFC顆粒流程式，建立了服從一定粒度分布的AP/HTPB與Al化AP/HTPB推進劑三維結構模型，並實現了顆粒記號的標註方法，為燃燒建模耦合提供了顆粒分布數學模型。(9) 分析了單顆Al粒子的燃燒模型，建立了底排裝置內的底排複合推進劑的一維兩相流模型，但數值計算需進一步改進。(10) 實驗測定了AP/HTPB底排推進劑的力學特性，採用ANSYS軟體模擬了高壓工況下的受力變形，得到了應變與應力的分布雲圖。(11) 編制了底部排氣彈/箭底壓特性預測計算軟體，通過輸入底排裝置結構與裝藥參數等預測底壓，同時可分析溫度對底壓的影響，計算同實驗結果吻合較好。
