化学火箭推进
把这个特殊的问题一个>
研究文章|
卢西亚诺Fanton,基督教Paravan,路易吉·t·德卢卡
测试和建模回归率一个微型混合燃料燃烧器
卢西亚诺Fanton,<年代up>1秒p一个n><年代pan class="">基督教Paravan
1秒up><年代p一个n>SPLab,航空航天工程部门,米兰理工大学,34通过玛莎,20156年意大利米兰秒p一个n>
文摘
弹道特性延长组创新HTPB-based固体燃料配方混合动力火箭推进进行了实验室规模的燃烧器。一个光学时间分辨技术被用来评估单穿孔的拟定的回归历史,圆柱形样本。金属化添加剂和辐射传热的影响评估等的回归公式。调查操作条件下基于现象学模型的文献,分析收集到的实验数据显示出明显的辐射热通量的影响燃烧气体和烟尘卸载和装载燃料配方。纯HTPB回归圆满率数据复制,而令人印象深刻的初始回归的金属化配方需要进一步评估。
<年代p一个ncl一个年代年代="end-abs">1。介绍
人力资源是推进系统结合化学反应物在固体和流体(液体或气体)的状态。特别是,直接混合配置研究工作的特点是固体燃料与气态氧化剂反应。这种架构的主要的兴趣点包括高的比冲量,相对结构简单,内在处理安全、操作灵活性,最小的环境影响,以及可能的成本效益与其他系统相比,尤其是固体和液体火箭发动机(<一个href="#B1">1一个>,
gydF4y2Ba小说的发展充满活力的添加剂再次对混合动力火箭推进,把新一代的混合固体燃料,旨在改善传统的相对较低的利率回归HTPB-based配方(<一个href="#B7">7一个>- - - - - -<一个href="#B9">9一个>]。在混合动力系统研究活动的主要目标应该是改善燃料燃烧速率,随后,提高燃烧效率,同时给予足够的力学性能,和商业成分的可用性。
gydF4y2BaSPLab米兰理工大学开发了各种实验技术和诊断为了研究弹道学的混合燃料,实现一个相对评分不同燃料配方的回归。目前的研究主要集中在时间分辨技术回归的速度测量。收集的数据被认为是研究辐射传热的影响回归加载速率和nonloaded HTPB-based燃料配方。
直接,一定是在固体燃料氧化剂流纹生成一个边界层。点火后,蒸发燃料扩散到氧化剂流。因此建立了火焰在边界层,混合物<年代vgheight="10.9125" id="M1" style="vertical-align:-0.17555pt;width:27.8375px;" version="1.1" viewbox="0 0 27.8375 10.9125" width="27.8375" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
gydF4y2Ba烟尘和固体燃料碎片的存在会导致辐射传热的贡献<年代vgheight="12.975" id="M7" style="vertical-align:-4.77652pt;width:14.5125px;" version="1.1" viewbox="0 0 14.5125 12.975" width="14.5125" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
gydF4y2Ba获得的最有前途的方法之一<年代vgheight="12.975" id="M12" style="vertical-align:-4.77652pt;width:14.5125px;" version="1.1" viewbox="0 0 14.5125 12.975" width="14.5125" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
gydF4y2Ba金属添加剂的不受欢迎的特征之一,一个可以识别的倾向两个硼铝和创建一个氧化层在存储和燃料制造业。这意味着显著降低粒子的反应性氧化(至少直到被移除在燃烧阶段)和活跃的金属含量较低粉。额外的缺点纳米添加剂是他们倾向于创建集群(<一个href="#B9">9一个>]。这需要适当的制造过程以分散纳米级添加剂到纳米级。微米大小的添加剂不需要任何专门的分散技术。
3.1。实验平台
SPLab 2 d径向燃烧器用于这项工作使一个相对弹道分级控制操作条件下不同的燃料配方(见图<一个href="//www.newsama.com/journals/ijae/2012/673838/fig1/" target="_blank">1一个>)。测试链有一个圆柱形状和一个中央端口穿孔。每个固体燃料颗粒都容纳在一个不锈钢30毫米的长度。链外直径18毫米,而其名义初始端口直径4毫米,因此产生固体燃料web 7毫米的厚度。不同的情况下使测试样品用不同的外直径(从而减少web厚度对于一个给定的固体颗粒<年代vgheight="14.3875" id="M18" style="vertical-align:-3.25793pt;width:18.5625px;" version="1.1" viewbox="0 0 18.5625 14.3875" width="18.5625" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
实现实验平台提供了一个连续的可视化测试链的前端,因此它可以跟踪中央端口直径在燃烧。录像使燃烧的过程<年代vgheight="12.975" id="M20" style="vertical-align:-4.77652pt;width:14.5125px;" version="1.1" viewbox="0 0 14.5125 12.975" width="14.5125" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
固体燃料弹道的主要感兴趣的可观察到的<年代vgheight="12.975" id="M25" style="vertical-align:-4.77652pt;width:14.5125px;" version="1.1" viewbox="0 0 14.5125 12.975" width="14.5125" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
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大多数加载配方担忧nAl粒子:亚历克斯和L-ALEX粉末进行了测试。虽然有相同的公称直径(100海里),两个粉不同,因为亚历克斯裸(钝化在空气中),而L-ALEX涂上一层棕榈酸(<一个href="#B21">21一个>- - - - - -<一个href="#B23">23一个>]。亚历克斯粉也结合碳和氧化钛,为了评估可能影响粉末分散。同样,一个包含亚历克斯的配方,碳和镁(质量平均直径44<年代vgheight="9.6750002" id="M55" style="vertical-align:-2.29482pt;width:9.6374998px;" version="1.1" viewbox="0 0 9.6374998 9.6750002" width="9.6374998" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
硼-based复合金属还测试了(部分<一个href="#sec2">2一个>)。由于硼点火,而难以实现,因为所需的高温持续燃烧过程中,镁和硼的化合物(MgB)使用。质量测试MgB组成复合是20%毫克和80% B,后者组件的纯度为90%;因此,复合可以引用MgB90(20%毫克)。粒度MgB复合结果submicrometric(质量平均直径为5.2<年代vgheight="9.6750002" id="M56" style="vertical-align:-2.29482pt;width:9.6374998px;" version="1.1" viewbox="0 0 9.6374998 9.6750002" width="9.6374998" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
所有的结果报道在这一节中得到气态氧在相同的操作条件下:<年代vgheight="14.7125" id="M58" style="vertical-align:-3.2316pt;width:48.5px;" version="1.1" viewbox="0 0 48.5 14.7125" width="48.5" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
点火延迟数据提出了第一个和报道在图<一个href="//www.newsama.com/journals/ijae/2012/673838/fig3/" target="_blank">3一个>。数值优化点火延迟(见(<一个href="#EEq2">2一个>)表现出普遍赞同<年代vgheight="16.987499" id="M61" style="vertical-align:-5.04861pt;width:109.75px;" version="1.1" viewbox="0 0 109.75 16.987499" width="109.75" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
在这一步中,部分中给出的数据简化过程<一个href="#sec3.2">3所示。2一个>进行了生产中给出的结果数据吗<一个href="//www.newsama.com/journals/ijae/2012/673838/fig4/" target="_blank">4一个>和<一个href="//www.newsama.com/journals/ijae/2012/673838/fig5/" target="_blank">5一个>。瞬时直径的变化时间(<一个href="#EEq2">2一个>)是首先确定,然后瞬间回归率是评估。这情节突显出强烈依赖的混合燃烧过程的流体动力特性,显示初始燃烧瞬间回归率最高,当氧化剂质量流量达到它的最高价值。注意,氧化剂质量流量是最大在点火,然后减少时间,这意味着,与氧化剂质量流量数据<我>x设在,时间会增加从右到左。
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与预期相反,涂布L-ALEX显示回归低于裸露的亚历克斯,基线匹配的结果。这种行为可能是由于一个事实,即涂层过程发生后凝聚力的形成集群,因此涉及的粒子和随后粉末特性恶化。文献来源还表明,不反应的涂料层不彻底修改粉点火温度。在nAl增强配方,含有裸亚历克斯和碳显示最高的回归增加率与基线相比,可能由于亚历克斯的反应和碳的同时贡献好的粉末分散在矩阵。此外,碳倾向于减少热辐射渗透,因此避免回归率下降的结果。添加<年代vgheight="14.7125" id="M136" style="vertical-align:-3.13504pt;width:31.25px;" version="1.1" viewbox="0 0 31.25 14.7125" width="31.25" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
米g或MgH<年代ub>2秒ub>ALEX-loaded配方产生了类似的结果在回归率增加,但没有达到相同的结果作为亚历克斯/碳配方。配方含有硼Mg或结果,如图所示<一个href="//www.newsama.com/journals/ijae/2012/673838/fig10/" target="_blank">10一个>。首先从ALEX-containing明显不同的是,在这种情况下,回归利率高于基线的即使在低水平的氧化剂质量流量。此外,一个可以看到MgB化合物能够有效地克服知名硼点火问题。事实上,配方只包含MgB显示最好的冲击响应,在回归率显著增加,特别是在高氧化剂质量流量。正如所料,氢化镁不显示令人印象深刻的弹道特性,从而支持实验证据关于其反应性与HTPB后续聚合物基体的流变特性改变。特别是,MgH的加法<年代ub>2秒ub>会恶化MgB-loaded配方的特点,提高其点火问题,因此降低其回归率在高氧化剂质量流量。MgH的简单加法<年代ub>2秒ub>(在不同的百分比)和Mg和MgB导致类似的中间结果:不管怎么说,这似乎是比添加MgH百分比低<年代ub>2秒ub>,为了减少粘结剂性能下降。
| 2 d: | 二维 |
| 亚历克斯: | 裸铝爆炸(100海里) |
| 一个: | 分析 |
| B90: | 纯度为90%的硼 |
| 东航: | 化学平衡与应用程序 |
| DOA: | 聚己二酸二辛酯 |
| 气态氧: | 气态氧 |
| 一定是: | 混合火箭发动机 |
| 引发: | 端羟基聚丁二烯 |
| IPDI: | 异佛尔酮二异氰酸酯 |
| L-ALEX: | 铝爆炸(100海里,涂以棕榈酸) |
| MgB: | Magnesium-boron复合 |
| 部分: | 纳米尺度的铝 |
| 美国国家航空航天局(NASA): | 国家航空和宇宙航行局 |
| OD: | 外径,毫米 |
| : | 雷诺数(基于直径) |
| 锡: | Dibutyltin二乙酸 |
| 合计: | 厚度随时间变化 |
| 关于: | 参照。 |
确认
这部分工作由ORPHEE(运筹学项目在欧洲)混合动力引擎,欧洲FP7项目之下。9:主题空间,面积:SPA-2007.2.2.02-Space运输、赠款协议218830和斯巴达(可节流的太空探索研究先进的引擎),太空探索的研究领域:SPA.2010.2.1-04-Space运输。马赫我(美国宾夕法尼亚州普鲁士王)和先进的粉末技术有限责任公司(俄罗斯托木斯克)承认来料和宝贵的合作。
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