含硼富燃料推進劑一次燃燒影響因素及產(chǎn)物燃燒性能研究.pdf

1、含硼富燃料推進劑是固體火箭沖壓發(fā)動機的高能量密度推進能源，其燃燒過程分為在燃氣發(fā)生器中進行的一次燃燒和在補燃室中進行的二次燃燒兩個階段，其中一次燃燒為二次燃燒提供燃料和進一步燃燒的溫度、壓強等條件，因此推進劑的一次燃燒性能對其在火箭發(fā)動機中的能量發(fā)揮具有重要影響。單質(zhì)硼是含硼富燃料推進劑中最重要的燃料組分，研究硼粒子在一次燃燒過程中的反應特性是推進劑燃燒機理研究的關鍵，并對提高推進劑的燃燒性能具有重要意義。
　　本文從不同種類硼粉

2、的物理化學特性出發(fā)，對含硼富燃料推進劑的硼原料進行了優(yōu)化，并在研究不同組分對推進劑一次燃燒性能的基礎上對推進劑的配方進行了初步優(yōu)化。通過對一次燃燒產(chǎn)物的組分分析，從化學反應的角度研究了含硼富燃料推進劑一次燃燒過程中硼粒子的反應特性，并通過一次燃燒凝聚相產(chǎn)物的點火燃燒特性研究，探索了推進劑的二次燃燒規(guī)律。本文的主要內(nèi)容和得到的結論可概括為以下四個方面：
　　（1）通過熱分析實驗和激光點火實驗，對無定形硼粉、硼鎂復合粉、包覆硼粉和團聚

3、硼粉的熱反應特性及點火燃燒特性進行了研究，并通過熱分析-紅外光譜聯(lián)用實驗、X射線衍射實驗和激光點火實驗探索了氧化劑對無定形硼粉熱反應特性和點火燃燒特性的影響。研究結果表明，與無定形硼粉相比，硼鎂復合粉具有粒子規(guī)則性好、室溫下抗氧化能力強、燃燒劇烈程度高等優(yōu)點，更適合作為含硼富燃料推進劑的原材料。但是由于鎂燃燒生成的氧化鎂對硼粒子的燃燒有阻礙作用，使得中等鎂含量的硼鎂復合粉的燃燒性能最佳。另外，含鉀氧化劑，尤其是高氯酸鉀，對硼粒子的燃燒具

4、有明顯的促進作用。
　?。?）制備了不同配方的含硼富燃料推進劑，并對各推進劑的一次燃燒參數(shù)（燃速、燃燒溫度、燃燒成氣率和熱分解特性）進行了測試，系統(tǒng)地研究了燃料和氧化劑對含硼富燃料推進劑一次燃燒性能的影響。實驗結果表明，硼含量較高時推進劑的一次燃燒性能下降明顯，因此推進劑中的硼含量不應過高；使用黑索今或奧克托今代替含硼富燃料推進劑中的部分高氯酸銨能夠提高推進劑的燃燒性能，而使用高氯酸鉀或硝酸鉀代替含硼富燃料推進劑中的部分高氯酸銨會

5、降低推進劑的燃燒性能。另外，這四種氧化劑均不能有效地提高含硼富燃料推進劑的燃速壓強指數(shù)。
　?。?）研制了含硼富燃料推進劑一次燃燒產(chǎn)物的收集裝置，建立了一次燃燒產(chǎn)物組分的定性和定量分析方法，并對不同配方含硼富燃料推進劑在不同燃燒壓強下進行了一次燃燒產(chǎn)物的收集和組分分析。組分分析結果表明，一次燃燒凝聚相產(chǎn)物中往往含有較多的三氧化二硼和碳化硼，說明單質(zhì)硼在一次燃燒過程中化學性質(zhì)比較活潑，傾向于與其它組分發(fā)生反應。推進劑的燃速、燃燒溫度

6、和燃燒壓強都對一次燃燒凝聚相產(chǎn)物的組分具有很大影響，總體來說，燃燒溫度和燃燒壓強的升高，以及燃速的降低都會使碳化硼的含量增加，其中，燃燒壓強對燃燒產(chǎn)物組分的影響主要是通過改變推進劑的燃速和燃燒溫度來體現(xiàn)的。
　?。?）使用高能 CO2激光器對收集到的一次燃燒凝聚相產(chǎn)物進行點火燃燒實驗，并通過光譜儀和高速攝像儀對各凝聚相產(chǎn)物的點火燃燒性能進行了研究。實驗結果表明，一次燃燒凝聚相產(chǎn)物的燃燒起始于單質(zhì)碳的燃燒，且凝聚相產(chǎn)物的粒徑和組分都