《底排推進劑AP/HTPB瞬態泄壓條件下燃燒失穩機理研究》是依託南京理工大學，由余永剛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：底排推進劑AP/HTPB瞬態泄壓條件下燃燒失穩機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：余永剛
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目研究高溫（2400～2600K）高壓（40～80MPa）瞬態泄壓（500～9000 MPa/s）條件下，底排推進劑AP/HTPB燃燒失穩行為及機理。設計半密閉爆發器等特殊試驗裝置，利用高速紋影、高速錄像、高速紅外測溫、瞬態壓力測量系統、掃描電子顯微鏡、熱電偶測溫裝置等設備，觀測底排推進劑氣相火焰結構、燃燒波結構對快速降壓的回響，重點研究失穩後的三種典型狀態：復燃型、振盪燃燒型、永久熄滅型與降壓速率、初始燃燒壓力、AP含量及粒度間的耦合關係，揭示瞬態泄壓條件下不同失穩狀態的科學特徵。在實驗基礎上，從非穩態傳熱學、反應流體力學、化學動力學等理論出發，考慮快速降壓條件下氣相火焰對凝聚相的熱反饋變化，分層次建立底排推進劑非穩態燃燒模型，並進行數值模擬。該項研究對促進高溫高壓非穩態燃燒領域的理論與實驗技術發展有重要意義，同時也可為我國開展新一代高精度底排彈設計提供理論指導。
結題摘要
本項目以底排彈出炮口瞬態泄壓導致AP/HTPB底排推進劑燃燒失穩為背景，開展了AP/HTPB在快速降壓條件下的燃燒失穩機理研究，主要研究內容及成果如下：(1) 開展了AP/HTPB熱分解、點火及燃燒特性研究，獲得了AP/HTPB在190MPa壓力內的燃速關係式。建立了基於BDP多火焰模型的一維、二維穩態燃燒模型，系統研究了環境壓力、化學動力學參數和AP含量等對火焰結構的影響。結果表明：隨著環境壓力升高，燃燒火焰由預混結構逐漸發展為擴散結構；環境壓力越高，火焰熱釋放速率越高，燃面溫度與燃速越高。(2) 設計了兩種半密閉爆發器，實驗研究了AP/HTPB在15-11200MPa/s瞬態降壓速率下的燃燒失穩特性，獲得了燃燒過程中壓力和溫度的變化規律。捕獲到AP/HTPB推進劑火焰燃燒失穩後的三種典型狀態：振盪燃燒型（泄壓速率低時退化為持續燃燒型）、復燃型（快速復燃和慢速復燃兩種）、永久熄滅型，繪製了分區定量圖譜，揭示出燃燒失穩形態與初始壓力和最大泄壓速率間的耦合關係。（3）建立了底排推進劑AP/HTPB多維兩相非穩態燃燒模型，研究了AP/HTPB在快速降壓下的非穩態燃燒特性，揭示出燃燒失穩機理。結果表明：降壓過程中控制火焰結構的主導因素由擴散火焰轉變為AP分解火焰；快速降壓引起異相吹離效應增強，氣相火焰對燃燒表面的熱反饋減小，固相熱波層厚度減薄，降壓速率增大到某一臨界值，將出現熄火。採用臨界熄火溫度作為判據，計算得到的AP/HTPB熄火行為與實驗結果相吻合。（4）研究了底排推進劑AP/HTPB非穩態燃燒特性對底部減阻特性的影響，將底排裝置內流場和底排尾部流場耦合計算，考慮底排推進劑的燃燒以及尾部的二次燃燒效應，對瞬態泄壓時的底排底部流動現象進行數值模擬，結果表明：泄壓初期，底排裝置尾部區域流速較快，反應主要發生在剪下層中以及底部固壁附近，底壓波動很大。泄壓中期，底排裝置尾部的回流區逐漸增大，中軸線附近反應逐漸增強，隨著底排燃氣的引射現象消失，尾部的主回流區充滿整個底部，發生後續反應，放出大量熱量，底壓回升。泄壓後期，主回流區內的燃氣反應殆盡，底排裝置尾部中軸線附近的溫度逐漸降低。本項目發表國際期刊4篇，國核心心期刊19篇，國際國內會議各4篇，其中SCI收錄4篇，EI收錄21篇，出版專著1部，獲授權國家發明專利1項。培養博士生3名，碩士生2名。
