固体推进剂中铝颗粒温度测量方法及燃烧特性试验研究

作     者：曹向宇 

作者单位：国防科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：夏智勋;黄利亚

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：固体推进剂 铝颗粒 温度测量 燃烧 试验 

摘      要：目前,铝粉已被广泛用作固体推进剂添加剂,以增加推进剂的能量密度和发动机比冲。不同环境条件下铝颗粒燃烧特性（如:表面温度及团聚粒径分布等）存在一定差异,现有测试技术精细不足。开展固体推进剂中铝颗粒温度测量方法和燃烧特性试验研究,对于发动机性能优化和铝粉燃烧效率的提高具有指导意义。本文基于辐射成像原理和图像处理技术,分析了反应区铝颗粒辐射特性,采用Monte Carlo方法模拟辐射射线在介质空间中的吸收、散射和反射衰减过程,实现了燃烧室内辐射传递过程的分析和模拟,从而建立了燃烧室条件下铝颗粒温度测量模型,通过仿真模拟和NEPE高能推进剂燃烧试验验证了方法的可行性。从辐射光谱基本理论入手,分析了铝燃烧过程中AlO特征光谱及其它气相产物辐射特性,基于发射率模型基函数不变原理及光谱识别技术,确定了铝的对数多项式发射率模型,建立了4波长温度测量模型,提出一种简洁有效的多波长测温方法,并通过实际测量铝基推进剂燃烧光谱试验验证了方法的可行性。参考总结国内外固体推进剂及金属颗粒点火燃烧试验研究的方法,并结合课题组现有的试验条件,设计改进了不同压强条件下含铝固体推进剂点火测试系统。采用高速摄像系统,观测分析了固体推进剂火焰形貌,并开展了燃面铝团聚过程研究。采用数字图像处理技术,自动识别燃面位置及颗粒轮廓,测量并获得了固体推进剂在不同压强下的燃速及团聚铝颗粒粒径分布。基于辐射成像的温度测量方法,获得了不同工况下铝颗粒表面温度数据,分析认为推进剂配方、压强对颗粒表面温度的影响较小,而粒径增大会导致表面温度降低。