文摘

混合火箭发动机承诺推进系统提供吸引人的特性,比如安全、低成本、环境友好。另一方面,某些问题阻碍了发展的希望。本文将讨论解决的方法改进其中最重要的一个问题:低燃料回归率。突出的结果这样一个问题,为了更好地理解概念提出,基本面因素进行了总结。提出了两种方法(多端口谷物和混合比例高),旨在减少负面影响而增强回归。此外,粮食燃料材料的变化和非传统的几何图形和/或注射器作为增加燃料燃烧速率的方法。尽管大多数这些方法仍处于实验室规模或概念,很多都是有前途的。

1。介绍

混合火箭发动机(人力资源)化学火箭存在有趣的优势液体火箭发动机(lre)和固体火箭发动机(srm),能够提供一个安全的和可负担得起的选择对于许多应用程序。他们最近脱颖而出,被选为第二阶段的一级,1000万美元(见译者注的获胜者1]。一级(http://www.scaled.com/projects/tierone/)是第一个私人研制的可重用的车辆能够执行一个载人的亚轨道飞行100公里。的第一阶段,一级是twin-turbojet航母弹射飞机,称为“白骑士,就是能把第二阶段15公里的高度。架,第二阶段是一个可重用的三位载人航天飞机,由一个N₂O / HTPB混合火箭发动机。这一定是有大约80秒的燃烧时间和它能够产生的平均推力75 kN真空比冲量约250年代。一级是退休后赢来的,但仍证明人力资源可能是新兴市场空间的主要推进系统(2]。

在人力资源、氧化剂和燃料分离并存储在两个不同的物理阶段。在最常见的配置中,液态或气态氧化剂和固体燃料颗粒采用(直接一定是)。在常规配置的粮食是圆柱圆端口。由于推进剂储存、人力资源有一个特殊的燃烧过程如图1。形成边界层氧化剂时注入燃料的港口粮食。点火后扩散火焰形成在这一层。燃料产生的固体颗粒气化来自火焰的热量,进而是美联储的燃料。从表面气化燃料吹和修改边界层,挡住了传热。

上述推进剂储存和燃烧过程确定正面和负面影响。许多作者讨论了人力资源的优势和缺点。混合火箭功能特点简要总结如下。包括以下好处。(我)性能:人力资源可能比srm提供更高的比冲量。由于高密度的固体他们也可能有较高的密度比lre特定的冲动。后者受益可能被条子或低浪费粮食容积效率。(2)安全:人力资源从本质上是安全的和低成本主要是由于使用固体燃料颗粒经典惰性。由于燃料和氧化剂由距离和相分离,混合动力车几乎没有爆炸危险和很少的失效模式。液体氧化剂通常扩散火焰地区耗尽。它可以达到和攻击燃料表面只有当气态化学动力学缓慢(低压力)。不能爆燃向爆轰转变引起的毛孔,裂缝,和缺陷,避免无意的发动机。最后,但并非最不重要的是,定义一个最大预期操作压力不是关注人力资源没有描述srm的高温敏感性。(3)降低了系统硬件可靠性和简单性:喂只液体氧化剂。(iv)燃料多功能性:添加剂可以嵌入到燃料颗粒不同的目的。(v)氧化剂控制:液体推进剂控制允许节流,发动机关闭,重燃。(vi)环境友好:srm相比,氯氧化剂是免费的。lre相比,耐贮藏的推进剂,没有有害的正电胶和四氧化二氮等特性。(七)低成本:混合动力火箭姿势几乎没有爆炸危险在制造、运输、地面试验和存储。低的成本是预见到,因为高水平的安全和最小失效模式。

其中包括以下经典人力资源也存在缺点。(我)性能:人力资源无法达到特定的脉冲高低温二元燃料lre和较低密度比冲量与srm相比。(2)燃料回归率低:回归率等传统绑定HTPB通常是一个数量级低于固体推进剂,因此大量燃料表面产生所需的推力水平,需要在后面讨论部分2。这一限制通常是由传热的物理现象的扩散火焰燃料表面。因此,人力资源可能可怜的燃料装载,推力密度低、大长径比。(3)混合比例转移:回归率主要取决于质量流量,也就是说,在质量和港区的比率。在燃烧的古典一边燃烧的谷物,增加确定回归的速度减少。另一方面,燃烧区域增加。这两个相互竞争的影响,一般来说,不平衡,导致燃料质量流量的变化,即使在氧化剂质量保持不变(见部分2)。混合比例的变化和性能恶化。非传统喷射系统可以解决这个问题,而是引入了复杂性。(iv)混合效率低下:燃料火焰下的一部分粮食港口出口不得与氧化剂,因此退出喷嘴之前释放化学能。人力资源有一个整体的燃烧效率低于lre和srm。之间的混合谷物尾部喷嘴入口可以提高混合,但系统的干重越大。(v)慢瞬态/响应节流:由于热滞后的固体燃料,点火和响应lre节流相比是缓慢的。室的体积也可以比在lre,拥有大量减少时间。

最重要的一个问题仍然非常低的回归的燃料颗粒。各种方法提高回归率或,至少,减少负面影响的低燃料回归过去已经提出。本文的目的是调查广泛的一些更重要的方法。在总结一些基本面(部分2),提出了两种方法(部分3),旨在减少的负面影响回归率没有提高回归率本身。方法直接尝试提高回归速度然后提出:燃料被认为是部分的修改4,而方法基于谷物的非传统的几何图形和/或注射器介绍部分5。

2。基本面

在本节中总结了基本面为了更好地理解回归率低的负面影响,进而允许一个考虑的方法来缓解这个问题。一个详尽的处理这项工作这个主题超出了本文的范围。回归基础利率行为和模型是第一个进行了讨论。弹道模型用于强调圆柱形广泛side-burning粮食可能有不可接受的形状,如果大推力水平是必需的。为进一步的信息咨询(14]。

2.1。回归率行为和建模

典型的燃料燃烧速率行为是描绘在图2质量流量的函数。三个不同的区域可以被识别。为媒介回归的速度范围扩散占主导地位,是一个函数的质量流量15- - - - - -17]。当假设值高,燃烧似乎是由化学动力学控制而不是扩散(18]。因此,回归率成为压力的依赖。质量流量的上限存在,称为洪水限制,这取决于压力水平和推进剂组合。接近这个极限时,质量流量可能会变得很高,火炬熄灭是由于小丹姆克尔数字和/或非常富氧化剂条件。最后,在低质量流量值,对流传热气态物种的减少和辐射可能发挥重要作用。因此,回归率增强取决于发射组件的分压和端口直径。在这个政权的一个下界的质量流量也在场。回归率很小,燃料仍在热层的粮食很长一段时间,和固体燃料可能熟/融化在颗粒表面。因此,如果质量流量过低(例如,最后一定是操作与排污饲料系统),间歇性燃烧不稳定可能产生的永久重复机械删除此软层。

著名的理论由Marxman和他的同事们(15- - - - - -17)设置的基础理解和描述燃料燃烧速率。他们认为,燃料回归率由传热控制粮食和应用在燃料表面通量平衡,发现 在哪里是燃料燃烧速率,是燃料密度,是总热通量受燃料颗粒,然后呢所需的热能改变一个单位质量的固体燃料气体。

根据他们的研究,回归率主要是由对流换热,即由当地质量流量。建模在湍流传热层,他们提出了一个简化的回归为燃烧速率表达式与辐射可以忽略不计。考虑数据的改装提出的奥特曼谦卑(19这个表达式是 吹参数是主流的热能的比例相对于表面吗和。弱者消极依赖轴向位置反映了在传热边界层发展的影响。相反,当地的总质量流量随轴向位置沿燃料颗粒。这两个相互竞争的影响通常确定最小回归率沿颗粒轴的位置。在任何情况下,这些差异通常很小。由于这些原因回归率是假定为常数沿颗粒轴和半经验的相关性基于质量流量进入港口地区,也就是说,被广泛使用, 在哪里和通过实验数据对于一个给定的吗范围,取决于发动机尺寸(规模效应),港口/谷物几何、喷射器几何,和流动特性。相关的介绍(3)很好的形容回归传统的中间范围的人力资源行为是由湍流传热。

辐射从气相产品通常是小相比,对流。然而,对流本身变成了小的值较低和辐射作用。辐射效应也很重要,当燃烧产品含有凝聚态,例如,烟尘和金属/氧化物粒子。Marxman和同事(16,17)提出了一种校正因子考虑辐射传热。总热通量在(1)成为。这个表达式考虑辐射通量之间的耦合效应和对流热。事实上,辐射通量提高屏蔽效果由于吹这样令人沮丧的对流热。

其他影响燃料燃烧速率的现象被认为是在以后的工作(20.- - - - - -28]。在辐射,考虑最重要的机制包括变量在边界层流体和输运性质,气相和异构反应动力学。

回归率的相关性(3因此)应该修改。作为一个例子,Chiaverini et al。28)提出了修改关系动力学效应可以被忽视的情况。变量进入边界层流体和输运性质和辐射烟尘。由此产生的模型 在哪里是港口水力直径,粮食的长度温度因素,代表的比例平均火焰表面温度(29日]。

尽管相关性(4)允许更好地符合实验数据,(3)是经常使用的。读者应该意识到的值和可能依赖于许多因素如范围内,燃料配方,粮食生产方法,发动机尺寸(规模效应),港口/谷物几何,喷射器几何,和流动特性。例如,如果(3)用于符合实验数据,可能会发现随0.8至0.6的力量而不是理论对湍流平板用于(2)。这些发现暗示nonconvective过程,例如辐射热通量和/或有限速率化学动力学,在这种情况下可能会影响固体燃料回归利率。

2.2。低燃料回归古典人力资源率影响

当推进剂组合,速度特征是一个函数的混合比例(即。,oxidizer to fuel mass flow ratio) [3]。燃烧室压力影响程度不一样。推力系数可以评估时提供以下数据:燃烧气体性质(比热容比),环境压力和膨胀率(出口喉部面积比)(退出燃烧室压力比)。相应的有效排气速度或特定的冲动因此评估。

如果一个推力分配水平,所需的推进剂质量流量是 而且,使用(3),燃料质量流量是 在哪里是固体燃料密度。

混合比例是 这种关系表明比例的变化。在大多数情况下是时间的函数,即使变化是保持不变的。这种人力资源的特征行为被称为混合比例发生变化。值得注意,混合比例不发生转移如果使用一个圆形的港口。

从(5)和(6): 方程(8)显示几何的关系(粒/喷嘴)引擎操作(混合比例)和任务要求(推力)。由于回归率低,长径比可能会关注的。事实上,大的值是必需的,而必须保持在适当的范围内。假设单圆孔,对于给定的值,,长径比的谷物,在那里是粮食长度,该端口直径。粮食的外径,在那里是web厚度。如果的长径比谷物与端口直径减少可能会减少。另一方面,整体的长径比必须被考虑。火箭的长度包括氧化剂槽长度。港口地区的减少使得比率更糟糕的是如果氧化剂坦克和谷物有相同的直径(30.]。相反,如果氧化剂罐的直径可能更大,颗粒直径,两者兼而有之减少和增强从而提高比例。因此,减少可能是有利的(31日]。然而,这种方法是有限的一个下界由于洪水。

因此,人力资源通常是限制高长径比,从而又长又瘦。的值变得不可接受时要求高性能(例如,上层阶段和推进器),尤其是当lre和srm相比,目前市场上。解决这一问题成为必要。

3所示。缓解方法

在本节中两个解决方案,试图减轻回归率低的负面影响。多端口谷物允许减少值和一个几乎恒定的燃料质量,而高混合比例旨在减少燃料颗粒的质量。

3.1。多端口的谷物

假设这两个和是常数,谷物的长度可能会减少通过增加周长。这个结果可以使用一个多端口获得粮食。端口数量越大,长度越明显减少。此外,容积效率是增加港口体积成正比。作为一个例子,两种可能的多端口几何图形如图5。在图5(一个)一个三角形的端口(32)所示。银是一种缺点,可以减少使用车轮谷物(图5 (b)),一个中央圆形端口与初始半径周围是一排吗四边形的端口(33]。谷物与两个或三个行四边形的港口已经测试(30.]。即使有了这些更复杂的几何图形燃烧的质量分数高。此外,其他缺点存在。单个端口可能以不同的方式表现和专用注射器或需要预燃室,影响体重和简单。此外,设计和制造是复杂和粮食结构完整性可能成为一个问题,特别是在年底前燃烧。

径向流/端面燃烧谷物其他有趣的几何替代燃料部分容积效率的提高。组合的端面燃烧side-burning谷物是可能的。在这种情况下,流结构修改和回归的速度可能也会得到增强。方法涉及燃烧结束粮食或径向流是留给下一小节将讨论回归率提高。

也可以使用更复杂的几何图形,允许更好的利用体积。快速原型制造技术已被确认为混合动力火箭燃料颗粒,使复杂的3 d纹理形状的生产,这可能提高混合火箭发动机性能(34]。

3.2。高混合比例值

如果使用高混合比例值,回归率是次要问题,燃料颗粒必须给一个小贡献整体质量流量。不幸的是,推进剂的性能是混合比例的函数。获得的好处可能采用的推进剂组合呈现高值在高混合口粮。图3显示有三个不同的推进剂组合:HTPB与液态氧(LOX)或N₂O,聚乙烯(PE)和85%的过氧化氢溶液浓度(惠普)。推力系数主要是一个函数的膨胀比略受影响吗化学计量地区,达到一个最大值。结果的最大价值是转向的权利吗这决定了最大的。

值得注意的是,适当的工具需要执行一个比较30.,31日,35- - - - - -37]。在许多应用程序中推力有重大影响,因为它会影响推进系统设计和轨迹性能;必须寻求妥协,更大的推力水平减少重力损失,但增加结构质量。此外,人力资源具有独特的燃烧过程和随之而来的推力水平和混合比例之间的联系。为了有效地执行一个耦合的轨迹优化设计参数优化,一定是一个独特的过程一直在开发Politecnico di都灵它使用一个直接/间接嵌套方法。

作为一个例子,微重力平台的性能比较三种不同的推进剂组合(31日]。鉴于火箭载荷(100公斤)和初始质量(500公斤,包括有效载荷、固定质量,推进系统,和推进剂),所花费的时间超过100公里()是要最大化的性能指标。优化的目的是找到最优质量分离推进剂和推进系统(即。,tanks, combustion chamber, nozzle), the optimal grain geometry, and the corresponding optimal trajectory [31日]。广泛的谷物被认为和不同推进剂选项比较表2。一个简单的采用排污给水系统。

结果表明惠普/聚乙烯的性能优越的组合。推进剂消耗和推进系统质量竞争参数。液态氧/ HTPB推进剂组合提出更高的最大值,但这对小的值达到最大:大型谷物需要和推进系统的质量损失高于燃料储蓄。LOX和惠普也较大的密度比HTPB,和更高的值density-specific脉冲可以获得与惠普/ PE组合采用高的值。另一方面,N₂O是惩罚的低性能的特定的冲动。然而,N₂O提出了一些有趣的特性,如降低火箭的长度和直径,随着大型混合比例减少了粮食的长度。还要注意,所需的初始推力为同一任务较低。

4所示。燃料与增强的回归

在这一节的方法被认为是基于修改的燃料。可能的方法可分为分成三类:添加高能粒子,使用充满活力的聚合物(增塑剂)和/或代替传统惰性组件,比如HTPB,使用燃料,如低温燃料或石蜡基燃料表现出新的传质机制。结合上述选项也是可能的。

4.1。粒子在固体燃料添加剂

一些添加剂已经被测试。大多数研究认为金属添加剂polymeric-based固体燃料(6,8,9,27,41- - - - - -45]。最近,石蜡基燃料的金属添加剂也被认为是(8,46- - - - - -50]。

燃烧的金属固有的优势帮助增加特定的冲动和密度比冲量。事实上,即使他们的浓缩燃烧产品确定多相损失,他们有高热量和高密度的反应。在粉末形式通常可以很容易地在固体燃料混合。在人力资源的情况下已经证明金属添加剂可提高回归。添加各种类型的金属(如铝、LiH, B, W,毫克)成固体燃料已经被测试。大多数调查认为铝、锂和硼。

回归率是影响组件特征(如反应性、热氧化、密度)和颗粒特性(如形状、尺寸、涂料)。铝可能被视为最研究添加剂。它的高温氧化、密度高、易于点火。锂粒子具有很高的活性,但热氧化等更为常见粒子相比是低铝。最后,硼有很高的燃烧热,但不是那么容易点燃,这是令人担忧的推进系统在有限的体积。维度而言,小型化粒子都进行了广泛的测试。最近已使用纳米尺度的粒子。纳米粒子具有很高的表面体积比。小型化粒子相比,纳米粒子呈现降低点火和燃烧时间,提供一个更完整的燃烧(高效率),确定一个更大的增量od回归,但他们更昂贵和粮食生产过程复杂化。

非易失性燃料粒子(如铝)的粮食有一些影响,影响固体的物理性质和燃烧过程。原因有些测试结果目前正在接受调查。主要由于非易失性粒子的已知影响如下。(我)金属等粒子密度高于燃料绑定和粮食平均密度的变化与体重增加的百分比。它是有用的考虑回归率和质量燃烧率改进。例如,如果一个重量分数的20%的超细铝(UFAL)添加在HTPB,回归率增加了40%,而质量燃烧率提高了近70%,纯HTPB [27]。(2)阻塞影响表面传热只取决于气体的速率。不单指在挥发性燃料质量流量、密度应该用来代替在前面的方程(1)和(2)。此前,无视其他影响,回归率应该几乎成反比。(3)的价值(这里是挥发性粘合剂质量的基础上评估)的价值高于不稳定的粘合剂需要进一步的能量来加热,非易失性粒子的表面温度。然而,由于大多数金属添加剂的相对较低的热容,没有多少区别。的新值应该被用来评估,但由此产生的效果是减轻的低指数在(2)。(请注意,不同的观点通常是采用文献:指的是整个燃料颗粒的质量。在这种情况下下降的非易失性粒子应该只加热表面温度,不能气化)。(iv)来自凝聚粒子的辐射能通量大。这个效果是减轻辐射和对流热通量之间的耦合效应。(v)添加剂提高火焰温度和增加。如果粒度大(一些μ米)的非易失性粒子执行分布式燃烧释放一些远离燃料的热表面。相反,nanometric颗粒燃烧更快和更接近燃料表面。也微爆可能会有经验。此外粒子涂层影响燃烧。的新值应该被用来评估,但由此产生的效果是减轻的低指数在(2)。(vi)固体颗粒表面的删除可能成为燃料消耗率的病原反应过程回归(51]。片/附聚物的存在已经观察到表面和燃烧区。金属及其氧化物表面可能积累和离开附聚物。在高质量通量的燃料分解绑定HTPB很快发生和烟尘等形成,可能由于解吸HTPB碎片在颗粒表面的过程。(七)一些氧化剂被金属颗粒燃烧转化为固体氧化物,从而减少当地的气体质量流量。

金属,旁边还氧化剂颗粒如高氯酸铵(AP)已使用(52- - - - - -55]。固体颗粒的氧化剂的存在决定了近地表/异构反应。除了火焰表面边界层的方法,从而进一步提高传热。因此,回归加息。然而,固有安全的惰性固体颗粒被破坏的行为。

4.2。精力充沛的化合物

精力充沛的配方可用于固体燃料来取代低能HTPB等传统的绑定。聚合物和/或可塑剂造成的整体能源组合可以使用。

高氮原料(HiN)显示巨大的希望56,57]。尽管低分解温度,精力充沛的材料,如triaminoguanidinium azotetrazolate (TAGzT)存在正的生成热。不含氧,占主导地位的化学更集中在压缩阶段反应和更快的分解率与HMX相比。25%的增量回归率对类似的HTPB粮食已经观察到使用25% wt添加TAGzT [58]。如果nanoaluminum添加成分,除了欣半岛与高温氮反应摆脱欣材料的分解,形成表面附近的氧气缺席。

Azido-substituted聚合物如缩水甘油叠氮化聚合物(差距)59),3,3 -二- (azidomethyl) oxetane(《)和3-azidomethyl-3-methyl oxetane聚合物基质(弹药)是有效的。然而,这些化合物开始惰性燃料过渡到一个富油固体推进剂和古典人力资源的安全性质可能妥协。

4.3。煤油燃料

斯坦福大学的研究人员(60)发现,石蜡基燃料存在已回归率比传统的3 - 4倍的混合燃料。这主要是由于生产薄液层的燃料颗粒表面变得不稳定:如果这层的特点是低粘度和较低的表面张力不稳定,可能出现由氧化剂流和液体燃料液滴注入边界层(5,61年]。这种传质机制类似于喷喷,不取决于传热。提高燃料质量流量没有典型的气体燃料吹阻塞效应。在携入的质量流量取决于动态压力层厚度,和液体属性(例如,和在融化层的温度) 所示(9),夹带发生只有当液体融化层的值较低和。例如,高密度聚乙烯(HDPE)形成一个融化层,但是四个数量级比石蜡和液滴夹带并不重要。相比之下,燃料石蜡、聚乙烯蜡等低粘度。这些燃料还存在其他的优势,因为它们是低成本、易于处理,对环境无害。他们可能会给出一个类似煤油比冲量,但在更高的密度和燃烧产物毒性的典型SRM谷物。混合不同的组件可以用来减轻这个问题以及调整相应的回归对于一个给定的任务。例如,乙烯-醋酸乙烯共聚物与石蜡混合改变熔解的燃料粘度(62年]。根据实验数据,回归加息几乎成比例。所有这些优势,旁边的一个问题是较低的机械强度。添加剂可用于改善这种品质,但他们可能会影响粘度和表面张力不利。

添加剂进一步加强回归率也被使用。例如高回归率已经经历了石蜡基燃料中添加铝粒子:13% wt铝粒子(Silberline)确定回归率提高30%8]。相信铝粒子的表面可能是封装的蜡,从而帮助点火。回归率通常随加载重量的添加剂。这不是一些测试的情况下与氨硼烷(48],回归率增强用小重量分数,而减少的体重增加分数。

4.4。低温燃料

许多燃料如甲烷、乙烯、戊烷,一国作为固体进行低温谷物(63年- - - - - -65年]。他们证明了回归2至10倍耐贮藏的燃料在相同的操作条件。固态甲烷/气态氧(气态氧)证明回归近8毫米/秒的氧化剂质量流量20公斤/ m²/ s。同时,固体氧化剂如公司和O₂测试(反向一定是配置)(66年]。获得的回归率高是用理论来解释发达描述回归率高石蜡燃料(5,61年]。结果是鼓舞人心的,但并发症出现由于低温,和大型粮食的生产是很困难的。

5。非传统谷物几何图形和喷油器

方法可以用来修改经典为了提高传热流动结构。这些方法可能是基于非传统型谷物几何,非传统喷射器设计,或两者兼而有之。非传统的几何图形,例如,径向和/或燃烧的粮食,可能决定3 d视和再循环流动。漩涡注射器可以降低边界层的厚度和增长,从而提高传热。减少传热变化和回归速度更均匀。

5.1。前端Side-Burning谷物的漩涡

一些研究人员测试了漩涡注射器在前面结束传统的圆柱形颗粒(11,67年]。例如,汤等。11]报告结果为不同谷物长度、几何旋转因子,和。独立漩涡强度和氧化剂质量流量是不同的。一个轴向喷油器也用于获得一个基线相关性。回归的速度2.7倍基准使用气态氧和PMMA案例经验。使用相关人们已经发现,指数不是由漩涡数量影响显著,但变化与质量流量的范围(对于大的值根据湍流层传热理论,在较低值,可能由于辐射效应)。相反,的价值增加与漩涡几乎线性的因素。

一些研究者也修改了谷物几何(67年,68年]。李等人。67年谷物和漩涡注射器)认为凹槽。分离和联合效应进行了分析。漩涡注射器仅能够double-regression率,如果单独使用而凹槽有轻微影响。凹槽应该提高近地表地区的动荡,使燃烧表面的增加超过100%,但与粮食生产相关的复杂性和成本必须考虑。在[68年)提出了一种锥形粮食避免沿着粮食轴漩涡衰变。角动量守恒的切向速度,因为加速减少部分和漩涡的角度可能维持。

是指出,旋转必须解决的一些影响,包括转矩和喷嘴nonaxial流动的影响(焊缝有效面积和散度损失)。这适用于任何概念运用漩涡氧化剂注入。

5.2。尾部涡流在Side-Burning谷物:涡混合

涡旋混合动力的关键特征10,69年,70年)是一个独特的同轴、coswirling逆流涡对已发现提高回归率。一个经典圆柱颗粒与循环使用端口部分。涡对是通过注射氧化剂通过离心式喷嘴位于尾部的粮食和燃料入口退出喷嘴。氧化剂是阻止直接流出喷嘴的离心力和压力梯度。一个螺旋向外旋涡形成引擎头端。在引擎的头端,外旋涡向和转换成一个内部涡流螺旋喷嘴。这个流结构提出了许多优点:停留时间增加,混合是增强,边界层的厚度和增长都降低,从而增加燃料表面的传热,使回归率非常均匀。测试与HTPB使用气态氧和其他专有的燃料。HTPB显示了回归速度快6倍,那些与古典头端喷油器人力资源。使用经典的相关性(3),它被发现14]: 0.54质量通量的经验能力,结合单一圆形港口和统一的回归率沿轴,保证了混合比例将减少。另一方面,回归的速度取决于氧化剂的注射速度。最大质量流量测试(10)约为100公斤/米²年代。缩放效果必须进行调查。

5.3。径向流人力资源

另一种选择,这可能提高燃油部分容积效率,是径流混合火箭。多个燃料盘子堆在一起其他可以提供非常大的燃烧表面积和容积效率高,如果有一个小板块之间的差距。这个配置可以是一个好的选择当一个小在发射器上阶段是很重要的。它也可以用于空间推进(71年]。流都可以从中央洞注入一个磁盘,或径向。测量回归利率高于观察到轴向港口设计在同一通量和燃烧室压力水平(12]。然而,详细的回归在上部和下部燃料磁盘非常复杂,被流冲击的影响,流动分离,和3 d流导致不均匀的回归,确定的存在上打主意。此外,结构完整性可能担心如果使用多个磁盘。

漩涡已经用于径向流混合动力车。一个例子是所谓的涡流煎饼(VFP) [72年)两个端面燃烧磁盘之间的漩涡注射器的燃料。人们已经发现,回归率是高度依赖于通量。回归的速度似乎是一个数量级,在经典一定是获得类似的质量通量。然而,用于这些测试的质量流量很小对典型值在经典测试:一定是规模效应必须评估。

5.4。方/端面燃烧谷物:级联多级Impinging-Jet

级联的多级impinging-jet (CAMUI)是一种方法来改善推力水平的燃料混合火箭不改变材料或介绍非传统注射器(13,73年]。这个概念是基于一个独特的几何形状的燃料颗粒包括几个阶段的圆柱块有两个轴向港口。燃烧气体的射流燃烧表面反复碰撞,导致回归率高的固体燃料。双方燃烧和侧面燃烧,从而减少粮食对于一个给定的长度。事实上,每一块有三个燃烧表面,即端口和两个侧表面(上游和下游端面孔)结束。减少条子和避免粮食崩溃,端口必须达到外部粒径时,上游面满足下游端面。三面有不同的回归和预测谷物几何进化和燃料流量不是一项容易的任务。准确的发展回归率相关性是必要的。测试执行使用气态氧/ PE推进剂组合。港口的回归表面类似于(3): 但在这种情况下是当地的混合比例的函数和推进剂质量流量使用。回归的速度向前端面孔取决于块之间的间距和港区直径上游的块: 下游端面有一个更复杂的行为,呈现不均匀的回归。介绍了两种不同的回归率相关性作为墙飞机提高回归核心部分的脸。由于粮食配置低的值可以获得,但容积效率和条子可能的问题。

6。最后的评论

回归率低的燃料颗粒混合火箭的最具挑战性的问题之一。许多解决方案已经提出了在文献中,展示了混合动力火箭推进的重要研究活动。最重要的原则和研究解决方案已经在这里了。至少,挑战在于如何消除或减轻负面影响的回归率低,在不影响人力资源的吸引人的特性(例如,安全、低成本、简单,环境友好)。

推进剂组合需要较高的混合比率减少粮食燃料作出的贡献。在本例中氧化剂的选择起着重要的作用。适当的工具这几个引擎设计和轨迹优化需要找到最好的推进剂组合使用。为了接受火箭的几何图形,必须采用多端口谷物任务要求高绩效。然而,多端口谷物的缺点,如银和结构性问题,推动研究人员调查手段,提高回归率。

方法,提高回归率已经在本文的两个部分。第一节一直致力于先进的燃料,同时考虑添加剂(主要是金属颗粒)和非传统燃料,也就是说,石蜡基燃料和低温谷物。第二部分考虑方法,旨在增加颗粒表面的传热,修改谷物和/或喷射器几何。图4和表1比较方法的性能了。虚线显示了比较传统的回归速度一定是。更高的回归利率通常获得对古典人力资源在相似的操作条件。大多数的解决方案仍然在实验室或概念范围和需要进一步研究的工作。然而,在文献中给出的数据显示,有前途的方法确实存在和可能被采纳/给人力资源机会成为一个竞争非常激烈的推进系统。

命名法

:	燃烧表面积,m2
:	港口地区,m2
:	喷嘴喉部面积,m2
:	回归常数,
:	吹参数
:	火箭直径,米
:	谷物外径,m
:	水力直径,m
:	端口直径,米
:	有效的排气速度,m / s
:	特征速度,m / s
:	推力系数
:	推力大小N
:	质量流量,公斤/米2
:	添加剂加载,% wt
:	总长度,m
:	粒长,米
:	质量,公斤
:	质量流量指数
:	动态压力,爸爸
:	燃烧的周长,米
:	总热通量,W / m2
:	对流热通量,W / m2
:	辐射热通量,W / m2
:	回归,m / s
:	雷诺数
:	Web厚度、米
:	轴横坐标,米
:	混合比例
:	主流的能量相对于表面,J /公斤
:	粘结剂(挥发性)气化热,J /公斤
:	有效的气化热,J /公斤
:	喷嘴面积比
:	动态粘度,Pa
:	密度,公斤/米3
:	表面张力,N / m。

标

:

时间导数。

下标

:	燃烧室
:	喷嘴出口
:	携入的
:	燃料
:	最初的
:	氧化剂
:	整体推进剂(氧化剂+燃料)。