一种整装式液体发射药燃烧控制技术

介绍了整装式条件下液体发射药（ＢＬＰ）的一种燃烧控制技术。采用多孔介质及其附着剂，改善并控制填充于其中的液体发射药燃烧性能。在不采用喷射雾化装置条件下，实现液体发射药稳定燃烧，控制燃烧速度，强化化学反应过程。     

点火能量对单基发射药燃烧爆炸特性的影响

为了探究点火能量对单基发射药燃烧爆炸特性的影响,自主设计了发射药燃烧爆炸试验装置。使用黑火药对单基发射药点火,开展燃烧爆炸实验。通过对铝制鉴定板及约束钢筒内壁烧蚀痕迹的分析,获得不同点火能量对单基发射药燃烧爆炸特性的影响。结果表明,点火初期约束钢筒内发射药燃烧反应不完全,反应剧烈程度较弱;随着距点火端距离增大,发射药燃烧反应剧烈程度变强,但此时反应仍不完全;在约束钢筒末端发射药反应完全。在4.0、5.0和8.0 kJ点火能量下,发射药点火初期到反应剧烈程度迅速增强的成长距离分别为54.66、 53.95和19.38 cm。20.0 kJ能量点火初期发射药反应剧烈程度较强,传播至末端时发射药发生爆燃反应,鉴定板产生明显凹痕;发射药在约束钢筒内不同位置分别发生了缓慢燃烧、快速燃烧和爆燃。     

热辐射应力图像分析确定裂纹尖端塑性区

本文借助于热辐应力图像分析技术记录了铝质紧养伤拉伸试件的热辐射应力图像。根据裂尖周围温度变化曲线的分布规律确定其特征区的,从而得以裂尖塑性区的开头曲线,并与理论值比较,符合良好。对裂纹扩展面进行ＳＥＭ分析,得出该试件的断裂特性,对于进行细观损伤研究有重要的意义。     

发射药粒冲击破碎的数值模拟

为了研究发射药粒冲击破碎对发射装药发射安全性的影响,本文以离散单元法为基础,将发射药粒离散成弹簧-球单元系统,推导了弹簧刚度系数的理论表达公式。采用相应的破坏准则,建立了发射药粒冲击破碎的动力学仿真系统,模拟了发射药粒以不同初始角度冲击刚性边界的破碎过程,并将该方法应用于发射药床挤压破碎动力学计算中,再现了发射药床挤压破碎的动力学过程。发射药床破碎后会导致初始燃面增加,而对内弹道性能产生影响的直接因素是初始燃面的增加程度,采用统计的方法定量地获得了破碎后发射药床的表面积,结果表明破碎后的发射药床表面积增加了35.79%,而试验结果得出的发射药床表面积增加量为32.25%,说明仿真结果与试验结果较为接近,验证了本文理论与模型的正确性。本文研究为进一步研究发射装药挤压破碎对发射安全性的影响提供了重要的计算手段。     

破碎发射药形状特征量的计算方法

分析了发射药形状特征量与密闭爆发器试验中发射药的燃烧压力曲线之间的关系,提出了估算破碎发射药形状特征量的方法,并给出了确定发射药形状特征量的详细步骤。对通过落锤实验得到的不同破碎程度的发射药进行了密闭爆发器实验,并利用建立的方法计算了该发射药的形状特征量,计算结果与实验结果吻合较好。     

多孔发射药等离子体增强燃速

利用密闭爆发器实验系统进行了等离子体增强4/7高固体发射药燃速特性的实验研究。采用等离子体发生器的电能利用效率来表征密闭爆发器内输入的等离子体能量,拟合了考虑压力梯度影响和电功率增强的固体发射药瞬态燃速公式。根据实验数据得到4/7高固体发射药的电功率燃速增强因子为0.005 MW-1。与Woodley燃速公式相比,瞬态燃速公式与实验压力曲线符合程度更高,能够更精确地描述固体发射药在等离子体作用下的燃烧过程。     

新型发射药爆炸TNT当量系数的实验研究

TNT当量系数是危险品工程抗爆设计和安全距离确定的重要依据。为确定H1和H2两种新型高能发射药的TNT当量系数,分别开展了10 kg TNT和新型发射药的空气自由场静爆实验。基于修正的当量系数计算方法和测量得到的不同爆心距离处冲击波超压时程曲线,确定了不同比例距离处两种高能发射药的超压和比冲量TNT当量系数。研究结果表明,发射药爆炸产生的冲击波传播规律与TNT炸药爆炸产生的冲击波传播规律相同,符合爆炸相似律,相同质量发射药爆炸产生的冲击波超压和比冲量都显著高于TNT的。随着比例距离的增大,H1的超压当量系数先增大后减小,最大值为1.34;H2的超压当量系数逐渐减小,最大值为1.26。两种新型发射药的比冲量TNT当量系数均随比例距离的增大先减小后增大,H2的比冲量TNT当量系数大于H1的,最大值为1.38。本文中修正的计算方法能更准确计算被试样品的TNT当量系数,实验结果可为提高抗爆结构安全性设计提供参考。     

初始堆积对发射药床底部挤压应力的影响

为给发射装药发射安全性的评估提供关键数据,对不同初始堆积发射药床进行了挤压破碎实验,测得了发射药床底部的挤压应力。利用离散单元法,建立了发射装药挤压破碎动力学模型,对发射药床的挤压应力进行了计算。实验结果和计算结果吻合较好。随机堆积药床底部的挤压应力较一致,竖排堆积药床底部的挤压应力差异较大。     

热弹性红外应力图分析方法

本文叙述了红外应力图分析方法的基本原理,国内外研究现状,今后的研究方向,以及该方法的优点和局限性。     

基于仿真与量纲分析的不同药量TNT内爆下多舱室结构毁伤规律研究

利用流固耦合算法,模拟了不同药量TNT内爆下大尺寸多舱室结构的毁伤效应。将各舱室划分为爆炸舱、共面邻舱、共边界邻舱和共点邻舱,再划分内爆下多舱室结构的毁伤等级。通过量纲分析,研究了内爆载荷下舱壁的变形失效规律,推导了内爆下多舱室结构的无量纲毁伤数,该毁伤数考虑了内爆载荷、材料性能和作用空间等因素,最后给出快速毁伤预测方法。研究结果表明:（1）内爆下多舱室结构的毁伤特点主要表现为舱壁挠曲变形、舱壁中心冲切失效、舱壁边界撕裂;（2）舱壁挠曲变形的挠厚比δ/H和固定边界撕裂的裂缝长厚比l/H均与药量-单舱室容积比m/V有明显线性关系;（3）提出的无量纲毁伤数和快速预测方法能够反映内爆下多舱室结构的毁伤情况,可为舰船毁伤研究提供参考。     

Damage of a high-energy solid propellant and its effects on combustion

In order to improve the safety of high-energy solid propellants, a study is carried out for the effects of damage on the combustion of the NEPE (Nitrate Ester Plasticized Polyether) propellant. The study includes: (1) to introduce damage into the propellants by means of a large-scale drop-weight apparatus; (2) to observe microstructural variations of the propellant with a scanning electron microscope (SEM) and then to characterize the damage with density measurements; (3) to investigate thermal decomposition; (4) to carry out closed-bomb tests. The NEPE propellant can be considered as a viscoelastic material. The matrices of damaged samples are severely degraded, but the particles are not. The results of the thermal decomposition and closed-bomb tests show that the microstructural damage in the propellant affects its decomposition and burn rate.     

冲击载荷下HTPB推进剂的热耗散

为了研究HTPB推进剂在冲击载荷下的能量耗散规律,结合分离式霍普金森压杆(SHPB)搭建了红外测温系统。该系统响应速度快,可同步获取冲击实验中HTPB推进剂表面的温度变化。结果表明,HTPB推进剂受载后表现出黏-超弹特性,并且在高速变形中试件经历了温度的显著升高。在黏-超弹性本构模型的基础上引入温度项,考虑了热软化效应,更加准确地描述了HTPB推进剂在高应变率变形下的热力学响应,可对复合固体推进剂在冲击载荷下的热力耦合分析提供参考。

     

Optical study on thermal radiation energy of diesel spray combustion in a shock tube

A tailored interface shock tube was used to measure the thermal energy radiated from diesel-spray combustion. Experiments were performed in a steel shock tube with a seven m long low-pressure section filled with air and a six m long high-pressure section. Pre-compressed fuel was injected through a throttling nozzle into air behind a reflected shock wave. Monochromatic emissive powers and emissive powers of the whole IR-wavelengths were followed with IR-detectors set along the central axis of the tube. Time-dependent-radii, where soot particles radiate, were also determined. Results were : (1) the tailored interface shock tube could be applied to a study of diesel-spray combustion. (2) thermal radiation energy could be described well from the ignition delay of the fuel spray.PACS: 47.40.Nm, 47.70.Mc     

点火具点火射流蚀剥作用对底排药柱燃烧特性的影响

为了研究底排点火具射流蚀剥作用对底排药柱碎块脱落情况及其燃烧性能的影响,采用半密闭爆 发器实验装置模拟底排弹出膛口瞬态卸压工况,借助高速录像记录点火具点火与底排药柱燃烧的序列图像。 建立底排药柱在半密闭爆发器燃烧的数学模型,计算分析了不同碎块脱落质量引起的平均压力、质量流率和 燃烧时间的变化情况。研究结果表明:蚀剥作用发生在点火具点火初期,导致脱落的底排药剂碎块来不及燃 烧;蚀剥作用主要是强点火射流对底排药柱侵蚀与冲击造成的;碎块总量约占底排药柱初始质量的7%~ 9%,严重影响点火和燃烧的一致性。计算结果与实验值吻合较好。     

双基推进剂的高应变率力学特性及其含损伤ZWT本构

为了解双基推进剂在冲击载荷下的力学特性及本构行为,利用材料试验机和分离式霍普金森压杆（SHPB）对双基推进剂进行了单轴压缩实验,并对实验数据的有效性进行了检验。用二波法对实验数据进行处理,得到了双基推进剂的应力应变曲线。实验结果表明：双基推进剂具有明显的应变率相关性,动态下屈服应力与静态下相比明显提高,且屈服应力表现为应变率对数的双线性关系;双基推进剂屈服应变表现为延脆转换特性,在低应变率下表现为延展性,高应变率下表现为冲击脆化特性。利用含损伤朱王唐（ZWT）本构模型对实验结果进行了拟合,得到了模型中的本构参数,并对损伤因子项进行了分析。通过模型预测曲线与实验曲线的对比,发现含损伤ZWT本构能较好地描述双基推进剂在0～0.14应变范围内的力学特性。     

Thermo-damage-viscoelastic constitutive model of HTPB composite propellant

The main goal of this work is to establish a thermo-damage-viscoelastic model for Hydroxyl-Terminated Polybutadiene (HTPB) composite propellant based on the thermodynamic theory and elastic–viscoelastic correspondence principles. The model will also consider the influence of temperatures. The parameter α which represent the damage evolution rate and the material constants a, b are defined as exponential functions of temperature T, i.e. α(T), a(T) and b(T). Relaxation tests and uniaxial constant rate tensile tests are used to acquire the model parameters, and C(S) curves of different rates under the same temperature states are considered to be overlapped in this paper, while noncoincidence under the different temperature states. Then, uniaxial constant rate tensile tests and multi-step tensile-relaxation tests are used to verify the accuracy of the model. The results show that, the model is highly accurate in describing the mechanical property of HTPB under various loading conditions, but some drawback in describing the relaxation property inside of the HTPB’s nonlinear viscoelastic segments.     

高压水射流冲击HTPB推进剂的安全性分析

以高压水射流冲击HTPB推进剂的动态加载过程和准静态加载过程在作用压力和持续时间上的巨大差异为基础, 在水锤压力和滞止压力计算的基础上分别进行了点火模式预判, 然后以模型类比和实验方法分析了动态和准静态加载过程的安全性。结果表明, 使用出口压力在300 MPa以内的高压水射流冲击HTPB推进剂装药在动态加载过程中不会有点火起爆危险性, 但使用100M Pa以上的高压水射流冲击HTPB推进剂装药在准静态加载过程中其内部可能会发生温度突跃情况, 这可能会引起热点火、甚至热起爆。     

低冲击下固体推进剂延迟起爆现象

为了研究固体推进剂在低强度冲击作用下的延迟爆轰现象（XDT）,设计了2次冲击波加载的双隔板实验。用X光摄像技术观测了推进剂在低强度冲击作用下的延迟起爆现象。建立了推进剂双隔板实验计算模型,运用非线性动力学有限元方法对推进剂的双隔板实验进行了数值模拟,得到推进剂在2次独立冲击波加载作用下的压力历史,分析了推进剂发生延迟爆轰的受力过程。结果表明,在强度较低的冲击波作用下,该推进剂会发生XDT现象,对推进剂重复冲击加载作用和推进剂在加载作用下的敏化程度是控制XDT现象发生的主要因素。     

主控提前点火对复合推进剂慢速烤燃响应的影响

为研究主控点火对复合推进剂慢速烤燃响应特性的影响,设计并开展了典型复合推进剂装药慢速烤燃实验,结合数值计算和推进剂热分解失重及形貌演化过程,探讨了点火前推进剂内的温度分布情况及推进剂细观结构热损伤规律。研究发现：针对复合推进剂装药的慢速烤燃,在推进剂发生自热点火前温度较低时进行主控点火可以有效降低反应剧烈程度;随着加热温度的升高,推进剂中部分组分发生分解,导致推进剂内部温度高于壳体温度,同时推进剂中粘结剂及AP的分解会导致推进剂装药形成多孔状的结构,在点火后更易导致对流燃烧,加剧反应烈度;当壳体温度仅138 ℃时,推进剂温度最高点达到150 ℃,最高点首先出现在靠近喷管的尾部,考虑到粘结剂及AP部分分解导致的孔隙结构会加剧反应的响应烈度,主控点火温度应设定在138 ℃以下。

     

Thermal radiation effect on mixed convection from horizontal surfaces in saturated porous media

An analysis is presented to investigate the effect of radiation on mixed convection from a horizontal flat plate in a saturated porous medium. Both a hot surface facing upward and a cold surface facing downward are considered in the analysis. The conservation equations that govern the problem are reduced to a system of nonlinear ordinary different equations. The important parameters of this problem are the radiation parameter R, the buoyancy parameter B, and the freestream to wall temperature ratio T _∞/T _w for the case of a hot surface or the wall to freestream to wall temperature T _w /T _∞ for the case of a cold surface.