劉 歡，李和平，徐江榮，劉建忠

(1.杭州電子科技大學(xué)能源研究所，浙江 杭州 310018； 2.浙江大學(xué)能源清潔利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310027)

含硼推進(jìn)劑的點(diǎn)火燃燒及推進(jìn)性能研究

劉 歡1，李和平2，徐江榮1，劉建忠2

(1.杭州電子科技大學(xué)能源研究所，浙江 杭州 310018； 2.浙江大學(xué)能源清潔利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310027)

搭建了激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)臺，設(shè)計(jì)不同尺寸和結(jié)構(gòu)的微小燃燒室用以研究含硼推進(jìn)劑在微小燃燒室中的點(diǎn)火燃燒特性及推進(jìn)性能.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：大管徑有利于點(diǎn)火且利于燃燒充分，但是燃燒速度較慢，而小管徑有利于提高推進(jìn)性能；噴嘴管的燃燒速度稍微大于直管，但是直管的點(diǎn)火性能最優(yōu)且燃燒強(qiáng)度大，而突變管的推進(jìn)性能最優(yōu).

含硼推進(jìn)劑；激光點(diǎn)火；燃速；推力；沖量

0 引 言

微型衛(wèi)星體積小、質(zhì)量輕、轉(zhuǎn)動慣量小，軌道變更與姿態(tài)控制所需推力小，并且要求精度高，目前基于微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)技術(shù)的微推進(jìn)方式主要有液體蒸發(fā)式、等離子式、冷氣式和固體化學(xué)式等[1].這些新型微化學(xué)推進(jìn)器具有微型化、低成本和批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，并考慮了體積、空間的限制，能產(chǎn)生10-6～10 N的推力脈沖，可用于微型衛(wèi)星和納米衛(wèi)星的姿態(tài)調(diào)整、變軌和定向的精確控制[2].基于MEMS集成技術(shù)的固體微推進(jìn)器體積更小，結(jié)構(gòu)更簡單，且沒有液態(tài)和氣態(tài)推進(jìn)劑的泄露、高壓儲存和技術(shù)復(fù)雜性、污染等問題.所以固體化學(xué)微推進(jìn)器在微飛行器整合和小型化高層次的應(yīng)用中得到了廣泛的推廣[3].

硼的單位體積熱值和質(zhì)量熱值都很高，而且燃燒產(chǎn)物較為清潔，分散性好，可顯著減少二相流損失，提高噴射效率，使硼富燃料推進(jìn)劑成為固體火箭沖壓發(fā)動機(jī)的理想燃料[4].高氯酸氨(AP)作為強(qiáng)氧化劑，受熱分解將產(chǎn)生大量氧氣，經(jīng)常用來作為推進(jìn)劑的氧化劑.本文選取硼和AP，按照一定質(zhì)量比制成混合物，制作不同尺寸和結(jié)構(gòu)的燃燒室，搭建激光點(diǎn)火試驗(yàn)臺，通過檢測點(diǎn)火燃燒過程中的燃燒速度、點(diǎn)火延遲時(shí)間、推力、沖量等各項(xiàng)參數(shù)，研究分析了含硼推進(jìn)劑的點(diǎn)火燃燒特性及推進(jìn)性能.

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由燃燒器部分、點(diǎn)火部分、檢測部分構(gòu)成.燃燒器部分由燃燒室和推進(jìn)劑組成，燃燒室是由石英玻璃制作而成的不同尺寸和結(jié)構(gòu)的微細(xì)圓管，內(nèi)部裝填含硼推進(jìn)劑.實(shí)驗(yàn)采用激光點(diǎn)火方式，由最大功率為450 W的CO2激光發(fā)生器發(fā)射激光來加熱點(diǎn)燃推進(jìn)劑.激光發(fā)生器通過調(diào)節(jié)發(fā)射功率和時(shí)間來控制點(diǎn)火能.本實(shí)驗(yàn)設(shè)置點(diǎn)火功率為90 W，點(diǎn)火時(shí)間為1 s.檢測部分主要由高速攝像機(jī)、光纖光譜儀、壓力傳感器組成.高速攝像機(jī)記錄整個(gè)燃燒過程的火焰形貌，其拍攝頻率為200 Hz,分辨率2 240×863，最大拍攝張數(shù)為2 000張.光纖光譜儀用以檢測燃燒產(chǎn)物的光譜變化過程，具有外部觸發(fā)功能，與激光發(fā)生器同步開啟，通過觀測特征光譜產(chǎn)生的時(shí)刻，計(jì)算點(diǎn)火延遲時(shí)間，其檢測頻率為125 Hz.各檢測設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接，通過各自配套軟件在計(jì)算機(jī)上顯示檢測數(shù)據(jù).激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)臺如圖1所示.

圖1 激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)臺示意圖

1.2 樣品配制

推進(jìn)劑由燃料和氧化劑組成.燃料選用無定形硼(B)，粒徑5 μm，純度95%，為棕色粉末；氧化劑選用高氯酸氨(AP)，純度99%，為白色晶體.本實(shí)驗(yàn)選用B和AP的質(zhì)量比為40∶60.實(shí)驗(yàn)采用分段壓裝法裝填推進(jìn)劑，裝藥過程中盡可能保證各燃燒室的裝藥長度一致，裝藥密度誤差控制在5%以下，以此來減小裝藥密度變化對燃燒過程的影響.

燃燒室材料選用石英玻璃管，耐高溫，且便于觀測.燃燒室圓管壁厚均為1 mm，內(nèi)部裝填長度為30 mm的推進(jìn)劑樣品.燃燒室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有3種：1)內(nèi)徑分別為3 mm,4 mm,5 mm,6 mm的直管；2)內(nèi)徑分別為3 mm,4 mm,5 mm,6 mm的漸縮漸擴(kuò)噴嘴管.漸縮段和漸擴(kuò)段長度為10 mm，吼部直徑為2 mm，簡稱漸變管；3)內(nèi)徑分別為3 mm,4 mm,5 mm,6 mm的突變噴嘴管.突變段長度為10 mm，吼部直徑為2 mm，簡稱突變管.內(nèi)徑分別為4 mm的燃燒室結(jié)構(gòu)如圖2所示.每種樣品均配制3份，進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn).各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)均取3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值.

圖2 內(nèi)徑為4 mm時(shí)，3種燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 測試方法

1.3.1 燃燒速度

燃燒速度用燃面的移動速度來表征.由于高速攝像機(jī)記錄了整個(gè)燃燒過程，通過記錄的圖像計(jì)算得到樣品的平均燃燒速度，簡稱燃速.燃速公計(jì)算式為：

V=L/(St)

(1)

其中，V為燃速，L為藥柱長度，S為顯示燃燒開始到燃燒結(jié)束的照片張數(shù)，t為一張照片的拍攝時(shí)間，為0.005s.

1.3.2 光譜數(shù)據(jù)分析

含硼燃料燃燒過程中，光譜儀通常在波長為452nm，471nm，493nm，518nm，545nm，580nm，603nm，620nm和639nm處檢測到BO2光譜信號，此特征峰就是五指峰[5].由于光纖光譜儀與激光發(fā)生器同步聯(lián)動觸發(fā)，因此通過檢測五指峰的出現(xiàn)和消失來計(jì)算推進(jìn)劑的點(diǎn)火延遲時(shí)間和燃燒時(shí)間.本文定義激光點(diǎn)火開始到出現(xiàn)五指峰的時(shí)間為點(diǎn)火延遲時(shí)間.

1.3.3 推 力

采用高精度壓力傳感器及配套的數(shù)據(jù)采集卡測量推進(jìn)劑燃燒過程中推力隨時(shí)間變化的過程.實(shí)驗(yàn)前在壓力傳感器量程范圍內(nèi)采用6組數(shù)據(jù)對壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定，通過線性擬合得到傳感器輸出數(shù)據(jù)與實(shí)際壓力之間的關(guān)系為：

F=0.124 1f-0.071 2

(2)

其中，F(xiàn)為實(shí)際壓力(單位為N)，f為傳感器輸出數(shù)據(jù)值.為補(bǔ)償修正測量值，在計(jì)算實(shí)際推力值時(shí)，假設(shè)在整個(gè)燃燒過程中推進(jìn)劑的質(zhì)量變化成線性，即假設(shè)推進(jìn)劑的質(zhì)量隨時(shí)間均勻變化.這樣，任一時(shí)刻的測量壓力值減去推進(jìn)器和推進(jìn)劑重量產(chǎn)生的壓力值就是燃燒產(chǎn)生的實(shí)際推力值.篩選出所有推力數(shù)據(jù)中的最大值即為整個(gè)燃燒過程產(chǎn)生的最大推力.將所有推力值求平均值得到整個(gè)燃燒過程中的平均推力.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 點(diǎn)火燃燒特性分析

2.1.1 燃燒速度

圖3 燃燒速度隨內(nèi)徑變化的曲線圖

不同尺寸、結(jié)構(gòu)燃燒室內(nèi)推進(jìn)劑的平均燃燒速度變化如圖3所示.由圖3可以看出，3種燃燒器結(jié)構(gòu)燃速隨管徑的變化規(guī)律相似，都是隨著管徑的增大，燃燒減小.因?yàn)锽/AP在常壓下的燃燒產(chǎn)物中含有大量的固體顆粒，在微細(xì)圓管中，由于管壁的表面力、粘性力、摩擦力等微通道效應(yīng)的影響，使固體顆粒的流動受阻而滯留在管中，對產(chǎn)物中的氣流形成阻塞，導(dǎo)致圓管中壓強(qiáng)升高[6].隨著燃燒的進(jìn)行，燃?xì)獠粩喾e聚，壓強(qiáng)不斷升高.參照維耶里定律

u=αpn,0

(3)

其中，u為燃速，α為燃速系數(shù)，p為壓強(qiáng)，n為壓強(qiáng)指數(shù).可以看出壓強(qiáng)越大，燃速越大.同時(shí)，內(nèi)徑越小，滯留在管內(nèi)的固態(tài)和氣態(tài)產(chǎn)物越多，更多的熱量傳遞給未燃推進(jìn)劑，預(yù)熱溫度升高[7]，因此燃燒速度越大.另外，內(nèi)徑增大時(shí)，燃燒端面的面積增大，同時(shí)燃燒器內(nèi)推進(jìn)劑含量增加，預(yù)熱未燃推進(jìn)劑所需時(shí)間增加，從而燃燒完相同長度的藥劑的時(shí)間增加，燃速減小.

由圖3還可以看出，當(dāng)內(nèi)徑相同時(shí)，不同結(jié)構(gòu)燃燒室內(nèi)推進(jìn)劑燃速雖然有大有小，但相對變化較小，最大值和最小值之間變化量不超過6%，故可以認(rèn)為，內(nèi)徑相同時(shí)，不同結(jié)構(gòu)燃燒器內(nèi)推進(jìn)劑燃速相同，說明燃燒室結(jié)構(gòu)對推進(jìn)劑的燃燒速度的影響不大.

2.1.2 點(diǎn)火延遲時(shí)間

不同尺寸、結(jié)構(gòu)燃燒室內(nèi)推進(jìn)劑的點(diǎn)火延遲時(shí)間變化如圖4所示.

圖4 點(diǎn)火延遲時(shí)間隨內(nèi)徑變化的曲線圖

由圖4可以看出，隨著內(nèi)徑的增大，3種結(jié)構(gòu)燃燒室內(nèi)推進(jìn)劑的點(diǎn)火延遲時(shí)間均減小.說明燃燒室內(nèi)徑越小，需要的點(diǎn)火能也就越高.因?yàn)楣軓皆叫?，比表面積越大，散熱損失越大，點(diǎn)燃推進(jìn)劑所需熱量增加，故需要更大的點(diǎn)火能.另外，內(nèi)徑增加時(shí)，燃燒器內(nèi)推進(jìn)劑含量增加，而AP的增加使其受熱分解產(chǎn)生的氧氣增加，有助于B的著火，從而縮短點(diǎn)火延遲時(shí)間.

當(dāng)內(nèi)徑相同時(shí)，直管的點(diǎn)火延遲時(shí)間最小.大內(nèi)徑時(shí)，漸管和突變管的點(diǎn)火延遲時(shí)間相當(dāng)，且大于直管的點(diǎn)火延遲時(shí)間；當(dāng)內(nèi)徑變小時(shí)，漸變管的點(diǎn)火延遲時(shí)間明顯大于直管和漸變管，說明3種燃燒室結(jié)構(gòu)中漸變管結(jié)構(gòu)不利于點(diǎn)火.

2.2 推進(jìn)性能分析

2.2.1 最大推力

圖5 最大推力隨內(nèi)徑變化的曲線圖

不同尺寸、結(jié)構(gòu)燃燒室中推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生的最大推力如圖5所示.由圖5可以看出，在燃燒室結(jié)構(gòu)一樣的情況下，推進(jìn)劑產(chǎn)生的最大推力隨燃燒室內(nèi)徑的增大而減小.這是因?yàn)樵谌紵覂?nèi)徑較小時(shí)，燃燒產(chǎn)生的大量固體顆粒，受管壁的表面力、粘性力、摩擦力等微通道效應(yīng)的影響，流動受阻而滯留在管中，對產(chǎn)物中的氣流形成阻塞，導(dǎo)致圓管中壓強(qiáng)升高[6]，使氣體產(chǎn)物噴出時(shí)產(chǎn)生的推力增大.同時(shí)內(nèi)徑較小時(shí)燃速較快，大量的氣體產(chǎn)物快速產(chǎn)生并不斷噴出，使推力增大.當(dāng)內(nèi)徑變化到6 mm時(shí)，3種結(jié)構(gòu)燃燒室內(nèi)推進(jìn)劑的最大推力都有較大幅度的減少，其中最小的是直管，推力值只有0.021 N.說明推進(jìn)劑在6 mm內(nèi)徑的圓管內(nèi)燃燒比較充分，未燃燒的固體顆粒較少，氣體產(chǎn)物能順利噴出，同時(shí)燃燒速度較小，產(chǎn)生的推力較小.

對比3種不同結(jié)構(gòu)的燃燒室，當(dāng)內(nèi)徑在3 mm～5 mm范圍內(nèi)時(shí)，相同內(nèi)徑下的最大推力變化不大.說明在此內(nèi)徑范圍時(shí)，燃燒室結(jié)構(gòu)對最大推力影響不大.但是內(nèi)徑為6 mm時(shí)，漸變管最大推力值略大于直管，而突變管的最大推力最大，推力值約是直管和漸變管的2.2倍.說明在內(nèi)徑6 mm時(shí)，突變噴嘴結(jié)構(gòu)能顯著提高最大推力.

漸變管噴嘴結(jié)構(gòu)為漸縮漸擴(kuò)式，即超音速噴嘴結(jié)構(gòu)[8]，燃燒產(chǎn)生的高溫氣流在到達(dá)吼徑處時(shí)因流體橫截面積逐漸減小而壓強(qiáng)逐漸增加，速度達(dá)到音速，經(jīng)過吼徑處由漸擴(kuò)段噴出時(shí)，壓力開始迅速減小，氣流速度進(jìn)一步增大并超過音速，產(chǎn)生較大推力.突變管可以看成是特殊形式的漸變管(即沒有漸縮短段而漸擴(kuò)段角度為零的漸變管)，由于沒有漸縮段，燃燒產(chǎn)生的高溫氣流在到達(dá)吼徑處時(shí)因流體橫截面積突然減小而壓強(qiáng)突然增加，然后氣流繼續(xù)通過與吼徑橫截面積相同的的噴射段，壓強(qiáng)進(jìn)一步增加，從而產(chǎn)生更大推力.由文獻(xiàn)[8]可知，燃燒產(chǎn)物氣流速度要達(dá)到超音速并增大推力，必須滿足一定的條件，即氣流必須先收斂并且噴嘴具有適當(dāng)漸縮漸擴(kuò)段長度和角度.內(nèi)徑在3 mm～5 mm范圍內(nèi)時(shí)，燃燒室內(nèi)徑和吼徑相比變化較小，漸縮漸擴(kuò)段的角度較小，使超音速噴嘴管條件達(dá)不到，故此范圍內(nèi)噴嘴結(jié)構(gòu)對推力的增大作用不明顯.而內(nèi)徑為6 mm時(shí)，噴嘴結(jié)構(gòu)對推力的增大作用開始顯現(xiàn)，漸變管推力大于直管，突變管推力最大.

2.2.2 平均推力

圖6 平均推力隨內(nèi)徑變化的曲線圖

不同尺寸、結(jié)構(gòu)燃燒室中推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生的平均推力，如圖6所示.由圖6可以看出，在燃燒器結(jié)構(gòu)一樣的情況下，微推進(jìn)器產(chǎn)生的平均推力隨燃燒室內(nèi)徑的增大而減小，與最大推力隨燃燒室內(nèi)徑變化趨勢相似.當(dāng)內(nèi)徑在3 mm～5 mm范圍內(nèi)時(shí)，三種結(jié)構(gòu)燃燒室推進(jìn)劑產(chǎn)生的平均推力比較接近，均維持在0.047～0.054 N之間.當(dāng)內(nèi)徑變化到6 mm時(shí)，3種結(jié)構(gòu)燃燒室內(nèi)推進(jìn)劑的最大推力都有較大幅度的減少，其中最小的是直管，推力值只有0.005 N.

內(nèi)徑在3 mm～5 mm范圍內(nèi)時(shí)，相同內(nèi)徑下，3種結(jié)構(gòu)燃燒室中推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生的平均推力變化不大.說明在此內(nèi)徑范圍，燃燒器結(jié)構(gòu)對平均推力影響不大.但是內(nèi)徑為6 mm時(shí)，突變管的最大推力最大，推力值約是直管4.6倍、漸變管的2.3倍.說明在內(nèi)徑6 mm時(shí)，突變噴嘴結(jié)構(gòu)能顯著提高平均推力.

2.2.3 沖量和比沖分析

將整個(gè)燃燒過程中的推力值對燃燒時(shí)間進(jìn)行積分，得到推進(jìn)劑燃燒過程中的沖量.得到?jīng)_量值后，除以推進(jìn)劑的質(zhì)量得到推進(jìn)劑的比沖.經(jīng)過計(jì)算，得出不同尺寸、不同結(jié)構(gòu)燃燒室中推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生的沖量和比沖值如表1所示.

表1 不同尺寸、不同結(jié)構(gòu)燃燒室的沖量和比沖數(shù)據(jù)

1)沖量分析.

由表1可以看出，直管內(nèi)推進(jìn)劑產(chǎn)生的沖量隨內(nèi)徑的增大而減小，并且當(dāng)內(nèi)徑增大為6 mm時(shí)，沖量值有較大幅度的減小.漸變管內(nèi)推進(jìn)劑產(chǎn)生的沖量隨內(nèi)徑的增大，先減小后增大，當(dāng)內(nèi)徑增加到6 mm時(shí)，沖量值有較大幅度的減小.突變管內(nèi)推進(jìn)劑產(chǎn)生的沖量隨內(nèi)徑的增大，先增大后減小，當(dāng)內(nèi)徑增加到6 mm時(shí)，沖量值有較大幅度的減小.當(dāng)內(nèi)徑在3～5 mm范圍內(nèi)，雖然3種結(jié)構(gòu)燃燒室內(nèi)推進(jìn)劑產(chǎn)生的沖量隨內(nèi)徑變化的變化規(guī)律不同，但是沖量值隨內(nèi)徑變化的變化量不大，小于10%.這是因?yàn)闆_量是推力對燃燒時(shí)間的積分，由前面分析可知，3種結(jié)構(gòu)燃燒室內(nèi)推進(jìn)劑產(chǎn)生的最大推力和平均推力均隨內(nèi)徑的增加而減小，而燃燒時(shí)間隨內(nèi)徑的增加而增加，推力和燃燒時(shí)間的綜合變化，導(dǎo)致沖量值隨內(nèi)徑的增加產(chǎn)生波動，但變化量不大.但是內(nèi)徑為6 mm時(shí)，3種結(jié)構(gòu)燃燒室內(nèi)推進(jìn)劑產(chǎn)生的最大推力和平均推力均有較大幅度的減小，故此內(nèi)徑下3種結(jié)構(gòu)燃燒室內(nèi)推進(jìn)劑產(chǎn)生的沖量也均有較大幅度的減小.

對比不同燃燒室結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑在3 mm～5 mm范圍內(nèi)時(shí)，相同內(nèi)徑下，3種結(jié)構(gòu)燃燒室中推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生的沖量值有波動，但變化不大.說明在此內(nèi)徑范圍，燃燒室結(jié)構(gòu)對沖量影響不大.但內(nèi)徑為6 mm時(shí)，突變管的沖量值最大，約是直管4.1倍、漸變管的2.4倍.說明在內(nèi)徑6 mm時(shí)，突變噴嘴結(jié)構(gòu)能顯著提高沖量，這與平均推力變化規(guī)律相似.因?yàn)? mm內(nèi)徑時(shí)3種結(jié)構(gòu)燃燒室內(nèi)推進(jìn)劑產(chǎn)生的平均推力突變管最大，漸變管次之，直管最小，同時(shí)6 mm內(nèi)徑時(shí)3種結(jié)構(gòu)燃燒室內(nèi)推進(jìn)劑的燃速接近，即燃燒時(shí)間接近，而沖量是推力對燃燒時(shí)間的積分，故6 mm內(nèi)徑的沖量值也是突變管最大，漸變管次之，直管最小.

2)比沖分析.

由表1可以看出，在燃燒器結(jié)構(gòu)一樣的情況下，微推進(jìn)器產(chǎn)生的比沖隨燃燒室內(nèi)徑的增大減小；而內(nèi)徑為6 mm時(shí)，比沖值都有較大幅度的減小.當(dāng)內(nèi)徑在3 mm～5 mm范圍內(nèi)，3種結(jié)構(gòu)燃燒室內(nèi)推進(jìn)劑產(chǎn)生的沖量雖然有波動，但變化量不大，而隨著內(nèi)徑的增大，裝藥質(zhì)量增大，故3種結(jié)構(gòu)燃燒室比沖值隨內(nèi)徑的增大而減小.而當(dāng)內(nèi)徑增大到6 mm時(shí)，3種結(jié)構(gòu)燃燒室的沖量值大幅減小，而裝藥質(zhì)量進(jìn)一步增加，故比沖有較大幅度的減小.

對比不同燃燒室結(jié)構(gòu)，當(dāng)內(nèi)徑相同時(shí)，比沖隨燃燒室結(jié)構(gòu)的變化與沖量隨燃燒室結(jié)構(gòu)變化相似，即內(nèi)徑在3 mm～5 mm范圍內(nèi)時(shí)，相同內(nèi)徑下，3種結(jié)構(gòu)燃燒室中推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生的比沖值有波動，但變化不大；當(dāng)內(nèi)徑增大到6 mm時(shí)，突變管比沖最大，比沖值約是直管4.2倍、漸變管的2.3倍.因?yàn)閮?nèi)徑相同時(shí)，3種結(jié)構(gòu)的燃燒室裝藥質(zhì)量相同，故對比不同燃燒室結(jié)構(gòu)，比沖變化規(guī)律與沖量變化規(guī)律相似.

3 結(jié)束語

本文通過激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)研究了燃燒室尺寸和結(jié)構(gòu)變化對含硼推進(jìn)劑點(diǎn)火燃燒和推進(jìn)性能的影響.結(jié)果表明：當(dāng)燃燒室內(nèi)徑增大時(shí)，推進(jìn)劑容易點(diǎn)火且燃燒更充分；燃燒室內(nèi)徑減小時(shí)，推進(jìn)劑的推進(jìn)性能提升.噴嘴結(jié)構(gòu)能小幅提高燃燒速度，直管的點(diǎn)火性能最優(yōu)且燃燒最劇烈，而漸變管點(diǎn)火性能最差；在3～5 mm內(nèi)徑范圍內(nèi)，燃燒室結(jié)構(gòu)對推進(jìn)性能的影響不大，但在內(nèi)徑6 mm時(shí)，突變管的推進(jìn)性能最佳.接下來將采取更精確的裝藥方式，進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)臺設(shè)置，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn).另外，還可以考慮搭建真空實(shí)驗(yàn)臺，模擬太空燃燒環(huán)境進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn).

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Research on Ignition and Combustion Characteristics and Propulsion Performance of Boron-containing Propellants

LIU Huan1, LI Heping2, XU Jiangrong1, LIU Jianzhong2

(1.InstitutionofEnergy,HangzhouDianziUniversity,HangzhouZhejiang310018,China; 2.StateKeyLaboratoryofCleanEnergyUtilization,ZhejiangUniversity,HangzhouZhejiang310027,China)

In order to study the ignition and combustion characteristics and propulsion performance of boron-containing propellant in the small-sized combustion chamber, a laser ignition test-bed was established and some small-sized combustion chambers with different size and structure were designed. The results show that: the large diameter is beneficial to ignition and combustion but has low combustion velocity, and the small diameter is helpful to improve the propulsion performance; the tube without nozzle has better ignition property and stronger burning intensity but a little lower combustion velocity than the tubes with nozzle, and the mutated tube has the best propulsion performance.

boron-containing propellant; laser ignition; burning rate; thrust; impulse

10.13954/j.cnki.hdu.2017.03.015

2016-10-17

浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(LQ14E060004)；科技集團(tuán)公司航天科技創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目(YF-2014-0106-wx)

劉歡(1985-)，男，湖北洪湖人，碩士研究生，高能燃料、微燃燒.通信作者：李和平講師，E-mail:peacelee@hdu.edu.cn.

V512

A

1001-9146(2017)03-0073-06