鋁-冰固體推進劑燃燒性能研究.pdf

1、固體火箭發(fā)動機結(jié)構(gòu)簡單且推重比大,常用于火箭的助推級。而長期的深空探測和載人航天任務(wù)需要更高性能的推進劑。納米鋁粉是一種高能量水平的金屬燃料,且目前已經(jīng)解決了持續(xù)燃燒問題,其用于火箭推進劑是綠色火箭推進的一個發(fā)展方向。納米鋁的燃燒組織形式可以是鋁/水或鋁-冰固體推進劑。鋁/水燃燒系統(tǒng)已經(jīng)被證實在深空推進方面具有很大潛力。鋁-冰固體推進劑是低溫固體推進劑的一種。作為一種綠色燃料不但具有結(jié)構(gòu)簡單,安全性高和高比沖的優(yōu)點,而且成本還有望進一步

2、降低,具有潛在的應(yīng)用價值。
　　本文利用最小自由能法,對不同氧燃比條件下的鋁-冰固體推進劑進行熱力計算,給出其能量特性。然后,建立鋁-冰固體推進劑表面燃燒區(qū)導(dǎo)熱數(shù)理模型并對其溫度場進行數(shù)值模擬,進一步鋁-冰固體推進劑的燃速特性。同時還研究了鋁-冰固體推進劑的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱采用三種不同平均方法時,燃速的變化規(guī)律。三種平均方法分別為質(zhì)量平均、體積平均和調(diào)和平均。進而全面評價鋁-冰固體推進劑的性能,為鋁-冰固體推進劑的實際應(yīng)用提供理論依

3、據(jù)。主要結(jié)論如下:
　　1.通過熱力計算發(fā)現(xiàn),燃燒室和噴管的平衡組分主要是H2和Al2O3,其中Al2O3占75％以上。燃燒室的定壓燃燒溫度、比沖和推力系數(shù)等理論性能參數(shù)變化規(guī)律相同,均隨氧燃比的增加而呈下降的趨勢。計算結(jié)果表明,鋁-冰固體推進劑是一種高能量水平的推進劑,其比沖可達3300m/s,是一種很有應(yīng)用潛力的推進劑。
　　2.計算結(jié)果表明,鋁-冰固體推進劑的燃速隨著初溫的升高而增大,且在273.15K時出現(xiàn)溫度的大幅