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第1章 单体硼点火燃烧特性研究 1

1.1 硼点火燃烧研究现状分析 1

1.2 硼热反应特性 7

1.2.1 试验方法 8

1.2.2 动力学分析 13

1.2.3 粒径影响 15

1.2.4 气流速度影响 16

1.2.5 升温速率影响 16

1.3 一次硼产物点火燃烧特性 17

1.3.1 硼与碳化硼反应的热力学计算研究 17

1.3.2 碳化硼对硼热氧化特性的影响 18

1.3.3 不同配比的碳化硼和硼粉的激光点火特性 20

1.4 包覆及添加剂对硼点火燃烧的影响 22

1.4.1 包覆工艺研究 22

1.4.2 包覆对硼点火燃烧的影响 26

1.4.3 添加剂对硼点火燃烧的影响 29

1.5 展望 31

参考文献 32

第2章 单体硼点火及燃烧理论研究 34

2.1 硼点火燃烧机理研究进展 34

2.1.1 半经验模型之点火模型 34

2.1.2 半经验模型之燃烧模型 36

2.1.3 化学机理模型 37

2.2 硼在氧化性气氛中燃烧的热力学分析 39

2.2.1 计算方法 39

2.2.2 B/O体系 40

2.2.3 B/C/H/O体系 42

2.3 展望 45

参考文献 45

第3章 推进剂用硼粉的热反应特性 47

3.1 富燃料推进剂用包覆硼粉及团聚硼粉的制备 47

3.2 热分析试验 49

3.3 硼粉热分解特性分析 49

3.3.1 气氛及压强对富燃料推进剂用硼粉热分解特性的影响 49

3.3.2 配方对富燃料推进剂用硼粉热分解特性影响 52

3.3.3 各硼粉中硼的转化率分析 55

3.4 硼粉热分解过程分析 59

3.4.1 无定形硼的热分解过程分析 59

3.4.2 团聚硼的热分解过程分析 59

3.4.3 包覆硼的热分解过程分析 60

3.5 小结 61

参考文献 62

第4章 含硼富燃料推进剂一次燃烧参数测试方法及热力学计算 63

4.1 推进剂的制备及部分一次燃烧参数的测试 64

4.1.1 推进剂配方 64

4.1.2 推进剂爆热、燃速和燃烧温度的测试 65

4.2 成气率试验 66

4.2.1 成气率测试装置的设计 66

4.2.2 试验步骤 68

4.2.3 含硼富燃料推进剂一次燃烧成气率的测试 69

4.3 燃气摩尔数试验 70

4.3.1 燃气摩尔数测试系统的设计 70

4.3.2 某标准推进剂的燃气摩尔数测试 72

4.3.3 含硼富燃料推进剂一次燃烧燃气摩尔数测试 72

4.4 以试验为约束的热力学计算方法 74

4.4.1 热力计算的理论模型 74

4.4.2 含硼富燃料推进剂的一次燃烧分析及热力计算的基本假设 75

4.4.3 热力计算 76

4.4.4 程序的编制 77

4.4.5 压强对含硼富燃料推进燃烧产物的影响 77

4.4.6 温度对燃烧产物的影响 84

4.4.7 含硼富燃料推进剂燃烧产物分布特性分析 88

4.5 小结 88

参考文献 89

第5章 含硼富燃料推进剂一次燃烧机理研究 90

5.1 试验样品 90

5.2 燃速和爆热的测试及结果 91

5.3 热分析 92

5.3.1 氧化剂AP与各燃料组分的凝相反应分析 92

5.3.2 含硼富燃料推进剂的热分解 95

5.4 燃烧火焰结构单幅照相试验 97

5.5 燃烧波温度分布 99

5.6 骤冷中断燃烧的燃面观察 103

5.7 小结及展望 106

参考文献 106

第6章 含硼富燃料推进剂一次燃烧凝聚相产物的收集及分析确定 107

6.1 一次燃烧产物收集装置的设计 108

6.2 一次燃烧产物收集试验 112

6.3 一次燃烧凝聚相产物的形貌和粒度分析 113

6.4 一次燃烧凝聚相产物的XRD分析 116

6.5 凝聚相产物组分的定量测试 117

6.5.1 测试原理 117

6.5.2 具体实施步骤 119

6.5.3 试验结果及讨论 122

6.6 小结 124

参考文献 125

第7章 一次燃烧产物与空气掺混评估及增强技术研究 127

7.1 国内外发展现状 127

7.1.1 掺混增强技术 129

7.2 掺混评估方法 131

7.2.1 数值仿真方法 131

7.2.2 掺混评估方法 134

7.3 两相分区掺混评价准则 137

7.3.1 冷流掺混与热流掺混的联系与差异 137

7.3.2 掺混效果与燃烧性能的联系与差异 142

7.4 掺混增强技术 148

7.4.1 被动掺混增强技术 148

7.4.2 主动掺混增强技术 154

7.5 小结 168

参考文献 168

第8章 非均匀气流中颗粒点火燃烧过程研究 171

8.1 引言 171

8.2 现有相对静止气氛下模型分析 171

8.2.1 气相控制方程组 172

8.2.2 相对静止气氛下的颗粒相控制方程组 173

8.2.3 相对静止气氛下硼颗粒燃烧过程控制机制分析 173

8.2.4 相对静止气氛下硼颗粒燃烧模型不足分析 174

8.3 强迫对流下燃烧过程物理数学模型 175

8.3.1 基本假设 175

8.3.2 控制方程组 175

8.3.3 边界条件 177

8.3.4 数值仿真方法 180

8.3.5 控制方程组变换推导 182

8.3.6 物性参数和输运参数 183

8.3.7 控制方程组的离散 183

8.3.8 数值求解方法 185

8.4 结果与分析 185

8.4.1 燃烧过程分析 185

8.4.2 气流速度的影响 188

8.4.3 不均匀气流的影响 189

8.4.4 修正系数推导 192

8.5 高速对流下点火过程物理数学模型 193

8.5.1 基本假设 193

8.5.2 控制方程组 194

8.5.3 边界条件 195

8.5.4 相间质量传递模型和能量传递模型 197

8.5.5 数值仿真方法 199

8.6 结果与讨论 201

8.6.1 试验定性模拟分析 201

8.6.2 分析与讨论 202

参考文献 203

第9章 含硼燃气在补燃室条件下的扩散燃烧研究 207

9.1 概述 207

9.1.1 扩散燃烧的概念 207

9.1.2 扩散燃烧机理 208

9.1.3 扩散燃烧国内外研究现状 209

9.2 补燃室条件下扩散燃烧数学模型 211

9.2.1 扩散燃烧的特点 211

9.2.2 气相、凝相流动过程假设与控制方程 211

9.2.3 湍流模型 216

9.2.4 气相燃烧模型 221

9.2.5 凝相燃烧模型 223

9.3 基于King点火燃烧模型的数值模拟 226

9.3.1 硼颗粒点火燃烧模型UDF程序编制 226

9.3.2 物理模型及边界条件 227

9.3.3 模拟结果及对比分析 229

9.4 扩散燃烧的影响因素分析 234

9.4.1 物理模型 234

9.4.2 空燃比对扩散燃烧的影响 234

9.4.3 进气温度对扩散燃烧的影响 241

9.4.4 来流压力对扩散燃烧的影响 243

9.4.5 扩散燃烧影响因素分析 244

9.5 扩散燃烧试验研究 245

9.5.1 试验装置流动相似设计 245

9.5.2 试验设备及试验方案 247

9.5.3 典型试验结果及其分析 248

9.5.4 模拟结果与试验结果对比 251

9.5.5 总结 259

参考文献 259

第10章 补燃室燃烧诊断技术 262

10.1 诊断方法综述 262

10.1.1 静温总温测量方法 262

10.1.2 基于计算机图像处理的温度场测量 267

10.1.3 静压总压测量方法 269

10.1.4 燃烧产物取样技术国内外研究现状 270

10.2 总温静温测量方法研究 275

10.2.1 总温测量方法 276

10.2.2 静温测量方法 280

10.3 总压静压测量方法研究 283

10.3.1 总压测量方法 284

10.3.2 静压测量方法 285

10.3.3 压力测量的校核 287

10.4 燃烧产物取样分析方法研究 290

10.4.1 凝相产物取样技术研究 290

10.4.2 相产物分析方法 291

10.5 三维温度场重建方法研究 297

10.5.1 辐射光谱层析原理 297

10.5.2 补燃室三维温度场重建方法 298

10.5.3 补燃室三维温度场重建试验研究 300

10.6 小结 304

参考文献 305

第11章 固体火箭冲压发动机补燃室掺混燃烧模型研究 309

11.1 绪言 309

11.2 国内外研究现状 309

11.2.1 湍流模型 309

11.2.2 湍流燃烧模型 310

11.2.3 硼颗粒点火、燃烧模型 310

11.2.4 碳颗粒燃烧模型 311

11.2.5 粒壁撞击状态判定模型 311

11.3 补燃室掺混燃烧模型研究 312

11.3.1 粒壁撞击状态判定模型 312

11.3.2 粒壁撞击热效应 313

11.3.3 粒子壁面燃烧／熄火模型 314

11.3.4 颗粒边界加载模型 315

11.3.5 湍流模型 321

11.3.6 湍流燃烧模型 322

11.3.7 入口粒径分布 323

参考文献 325

第12章 基于正交试验的固冲发动机二次燃烧组织技术研究 326

12.1 正交试验在航天领域的应用情况 326

12.2 正交试验设计 328

12.2.1 基本术语 328

12.2.2 正交表 329

12.2.3 交互作用 329

12.2.4 设计步骤 330

12.3 补燃室设计参数正交设计 331

12.4 数值试验结果及分析 335

12.4.1 极差分析 335

12.4.2 方差分析 339

12.5 小结 342

参考文献 342

第13章 固冲发动机掺混燃烧性能优化设计 344

13.1 固冲发动机掺混燃烧性能研究现状 344

13.2 主要影响因素分析及仿真方法介绍 347

13.2.1 固冲发动机补燃室掺混燃烧影响因素分析 347

13.2.2 掺混燃烧影响因素分析仿真方法简介 348

13.3 补燃室结构对固冲发动机掺混燃烧效率的影响研究 352

13.3.1 直接比较 355

13.3.2 极差分析 355

13.3.3 效应趋势图分析 357

13.3.4 小结 359

13.4 工作参数对固冲发动机掺混燃烧效率的影响研究 360

13.4.1 工作参数对掺混燃烧效率影响仿真结果 360

13.4.2 掺混燃烧性能影响因子分析 362

13.4.3 小结 364

13.5 关键影响因素对固冲发动机掺混燃烧效率的耦合影响研究 364

13.5.1 正交试验方案设计 364

13.5.2 数值仿真结果分析 366

13.5.3 轴向两次进气参数优化数值仿真 369

13.6 固冲发动机掺混燃烧性能优化设计准则 372

参考文献 373