膏體推進(jìn)劑流變與輸送特性研究.pdf

1、以微小型姿控膏體推進(jìn)劑火箭發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用為背景，對(duì)膏體推進(jìn)劑流變學(xué)特性、供給方式、管道輸送特性和流動(dòng)數(shù)值仿真方法進(jìn)行了研究，為發(fā)動(dòng)機(jī)輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化奠定了理論及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 本文首先對(duì)四種膏體推進(jìn)劑配方樣品和三種模擬液樣品開展了流變學(xué)測(cè)試研究，分析穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果曲線可以得到如下結(jié)論：配方中增稠劑含量對(duì)膏體推進(jìn)劑粘度和流動(dòng)特性有顯著影響，并且這種影響在不同剪切速率下表現(xiàn)一致。配方中氧化劑和還原劑的種類對(duì)樣品粘度有明顯調(diào)節(jié)作用，但在

2、高剪切速率下這種調(diào)節(jié)作用減弱。動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果表明，膏體推進(jìn)劑的應(yīng)力松弛過(guò)程與初始應(yīng)變有關(guān)，初始應(yīng)變?cè)酱?，?yīng)力松弛過(guò)程速度越快，曲線也越陡。蠕變/恢復(fù)結(jié)果表明，在流動(dòng)中膏體推進(jìn)劑的粘性表現(xiàn)比彈性表現(xiàn)更明顯。模擬液的流變測(cè)試結(jié)果顯示增加固體顆粒含量在不同溫度下都使樣品粘度增加，但對(duì)儲(chǔ)能模量和損耗模量等動(dòng)態(tài)特性沒有明顯影響。溫度對(duì)模擬液的影響同時(shí)表現(xiàn)在粘度和特征剪切速率兩方面。 在總結(jié)現(xiàn)有膏體推進(jìn)劑供給系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，針對(duì)姿控發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用特

3、性提出了新型膏體推進(jìn)劑供給方式，以轉(zhuǎn)速控制代替截面控制達(dá)到流量調(diào)節(jié)的目的。為了驗(yàn)證新型供給方式，建立了模擬供給實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并作為管道流動(dòng)試驗(yàn)的供給系統(tǒng)。 對(duì)膏體推進(jìn)劑及模擬液進(jìn)行了管道流動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)分兩部分：一是PIV測(cè)速試驗(yàn)，得到了模擬液之一-丁羥（HTPB）圓管內(nèi)速度分布，經(jīng)比較與理論結(jié)果符合較好。二是推進(jìn)劑及模擬液的管道測(cè)壓試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)直管輸送研究，驗(yàn)證了沿程阻力系數(shù)與廣義雷諾數(shù)的關(guān)系符合λ=64/Reg；對(duì)突變截面和彎管道

4、的研究表明，局部阻力系數(shù)與廣義雷諾數(shù)的關(guān)系近似滿足指數(shù)為-1的冪函數(shù)規(guī)律，隨著雷諾數(shù)的增大，局部阻力系數(shù)減小。對(duì)于變截面管道，截面變化比β越接近1，局部阻力越小，對(duì)于彎管管道，彎徑比d/R越大，局部阻力越小。通過(guò)擬合試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了局部阻力系數(shù)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式。綜合流變學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)和管道流動(dòng)數(shù)據(jù)，得到了膏體推進(jìn)劑及模擬液的本構(gòu)關(guān)系及相關(guān)參數(shù)。以0.011/s剪切速率下的粘度作為樣品零剪切粘度，得到了不同溫度下樣品相對(duì)粘度與固體顆粒體積分率的關(guān)系