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粉末火箭发动机推力调节试验研究

固体火箭技术 2015年第3期38卷 347-350页

作者：张胜敏杨玉新胡春波中国航天科技集团公司四院四十一所西安710025 西北工业大学西安710072

为了验证粉末火箭发动机的多次点火启动及推力调节等技术,利用设计的发动机开展了试验研究。研究结果表明,在高能火花塞作用下,粉末火箭发动机可实现多次点火启动及关机,且启动及关机的次数、时间间隔等可随意调节;通过调节粉末燃料和... 详细信息

为了验证粉末火箭发动机的多次点火启动及推力调节等技术,利用设计的发动机开展了试验研究。研究结果表明,在高能火花塞作用下,粉末火箭发动机可实现多次点火启动及关机,且启动及关机的次数、时间间隔等可随意调节;通过调节粉末燃料和氧化剂的流量,可实现粉末火箭发动机的推力调节技术,推力调节比达到6.5。

关键词：粉末火箭发动机试验研究推力调节点火关机

二次进气对Mg/CO_(2)粉末火箭发动机性能影响的数值研究

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推进技术 2022年第12期43卷 235-243页

作者：杨志豪熊伟徐义华孙海俊南昌航空大学飞行器工程学院江西省微小航空发动机重点实验室江西南昌330063 中国航发长江动力有限公司湖南岳阳414022

为了提高Mg/CO_(2)粉末火箭发动机的燃烧效率,在一次进气结构发动机基础上增设CO_(2)的二次进气,增强Mg粉与CO_(2)的掺混率,采用数值模拟的方法对比了一次进气和二次进气结构的发动机燃烧特性,以及二次进气喷注速度及预燃段长径比对燃... 详细信息

为了提高Mg/CO_(2)粉末火箭发动机的燃烧效率,在一次进气结构发动机基础上增设CO_(2)的二次进气,增强Mg粉与CO_(2)的掺混率,采用数值模拟的方法对比了一次进气和二次进气结构的发动机燃烧特性,以及二次进气喷注速度及预燃段长径比对燃烧室燃烧流动特性的影响。结果表明:二次进气结构相对于一次进气发动机结构延长了Mg颗粒在燃烧室内滞留时间,增强了燃烧室内湍流强度,使得气固掺混程度增加,从而提高粉末火箭发动机的燃烧效率;当二次进气喷注速度在6.5~39.9m/s内时,喷注速度越快,燃烧效率越高,喷注速度为39.9m/s时的燃烧效率最高,为82.8%;当预燃段长径比L/D发动机燃烧火焰失稳;当预燃段L/D>0.8时,L/D越小,燃烧效率越高,L/D取0.8时的燃烧效率最高,为84.1%。

关键词：推进系统粉末火箭发动机 Mg/CO_(2) 二次进气燃烧效率数值研究

Mg粉/CO_2粉末火箭发动机点火试验研究

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固体火箭技术 2011年第4期34卷 440-442,447页

作者：姚亮胡春波肖虎亮徐义华何国强西北工业大学燃烧热结构与内流场重点室验室西安710072

初步设计了粉末火箭发动机,并以Mg粉作为燃料、CO2作为氧化剂进行了点火试验。研究结果表明,在一定的压强和温度下,利用空气与Mg粉的燃烧放热可成功引燃Mg粉/CO2,且在关闭空气后达到自持燃烧;燃烧室壁面沉积较多,主要以MgO为主,还有一... 详细信息

初步设计了粉末火箭发动机,并以Mg粉作为燃料、CO2作为氧化剂进行了点火试验。研究结果表明,在一定的压强和温度下,利用空气与Mg粉的燃烧放热可成功引燃Mg粉/CO2,且在关闭空气后达到自持燃烧;燃烧室壁面沉积较多,主要以MgO为主,还有一部分未燃烧的Mg;通过该试验验证了Mg粉/CO2粉末火箭发动机方案的可行性。

关键词：粉末火箭发动机点火燃烧空气助燃

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Mg粉/CO_2粉末火箭发动机性能分析

固体火箭技术 2010年第4期33卷 414-418页

作者：李芳胡春波何国强西北工业大学航天学院燃烧流动和热结构国家级重点实验室西安710072

从粉末火箭发动机工作性能、影响因素等方面出发,对其性能进行了理论计算。通过分析发现,粉末发动机较传统推进系统的有效比冲高;通过对Mg粉和CO2燃烧性能的计算研究,得到了其受压强、初温、氧燃比等参数的影响规律,为进一步研究奠定了... 详细信息

从粉末火箭发动机工作性能、影响因素等方面出发,对其性能进行了理论计算。通过分析发现,粉末发动机较传统推进系统的有效比冲高;通过对Mg粉和CO2燃烧性能的计算研究,得到了其受压强、初温、氧燃比等参数的影响规律,为进一步研究奠定了基础。

关键词：粉末火箭发动机比冲燃烧温度压强燃氧比

进气方式对Mg/CO2粉末火箭发动机性能影响研究

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进气方式对Mg/CO2粉末火箭发动机性能影响研究

作者：谷湘南昌航空大学

学位级别：硕士

Mg/CO2粉末火箭发动机是火星探测原位资源利用最佳方案之一。它具有结构相对简单、有效比冲高、对环境不敏感等性能优势,同时又具备多次启动、推力可调等良好功能。Mg粉和CO2以气固两相流的方式进行喷注,其喷注方式必然影响Mg/CO2粉末... 详细信息

Mg/CO2粉末火箭发动机是火星探测原位资源利用最佳方案之一。它具有结构相对简单、有效比冲高、对环境不敏感等性能优势,同时又具备多次启动、推力可调等良好功能。Mg粉和CO2以气固两相流的方式进行喷注,其喷注方式必然影响Mg/CO2粉末火箭发动机的燃烧效率,为了实现Mg粉和CO2充分掺混燃烧,本文基于数值模拟方法,采用Realizable k-ε湍流模型,并考虑氧化层厚度对Mg颗粒熄火的影响建立了点火模型,燃烧模型采用涡耗散/有限速率模型控制。计算分析了颗粒粒径、氧燃比、Mg粉喷注和CO2进气方式对发动机燃烧性能的影响,得出以下结论:1)对比了粒径 10um、15um、20um、25um、30um 的 Mg 颗粒在 CO2 中的点火燃烧特性,其中颗粒粒径为10um时点火时间最短,燃烧室高温区分布最广,燃烧效率最高。随着颗粒粒径的增大,点火时间越长,燃烧室中镁粉的燃烧放热峰逐渐往燃烧室后端移动,燃烧效率越低。2)对比了氧燃比（CO2/Mg）1、1.5、2的点火燃烧特性,其中氧燃比为1.5时颗粒群点火时间最短,燃烧室燃烧反应放热量最大,燃烧效率最高。镁粉燃烧效率沿燃烧室轴向具有脉动性。3)对比了镁粉喷注角度0°、15°、30°、45°、60°的燃烧性能,在喷注角度0°到45°范围内,随着角度增加,MgO平均质量分数越大,颗粒粒径变化越明显,燃烧效率越高。在喷注角度45°到60°范围内,随着角度增加,MgO平均质量分数越小,颗粒粒径变化越不明显,燃烧效率越低。4)对比了不同的CO2进气方式（依据CO2入口与镁粉入口距离不同的轴向进气方式、依据两个CO2进气环的距离不同的周向进气方式）对发动机燃烧性能的影响,其中CO2入口距离镁粉入口为5mm的CO2轴向进气方式结构下,燃烧室头部驻涡尺寸大,湍流强度高,镁粉燃烧效率最高。两个CO2进气环的距离为90mm的CO2周向进气方式结构下,颗粒粒径沿燃烧室轴向变化范围最大,燃烧室高温区分布最广。

关键词：粉末火箭发动机数值模拟喷注方式进气方式燃烧模型

基于二次进气的Mg/CO2粉末火箭发动机燃烧特性研究

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基于二次进气的Mg/CO2粉末火箭发动机燃烧特性研究

作者：杨志豪南昌航空大学

学位级别：硕士

Mg/CO2粉末火箭发动机是火星探测原位资源利用最佳方案之一,它具有结构简单、比冲高、推力可调等优点。Mg/CO2粉末火箭发动机的燃烧特性以及发动机结构参数对其燃烧流动的影响规律是相关研究的重点。为了实现Mg粉与CO2充分掺混燃烧,提... 详细信息

Mg/CO2粉末火箭发动机是火星探测原位资源利用最佳方案之一,它具有结构简单、比冲高、推力可调等优点。Mg/CO2粉末火箭发动机的燃烧特性以及发动机结构参数对其燃烧流动的影响规律是相关研究的重点。为了实现Mg粉与CO2充分掺混燃烧,提高发动机燃烧效率,同时减小结构尺寸,本文基于数值模拟的方法,采用Realizable k-ε湍流模型,基于塑性理论建立点火模型,应用涡耗散/有限速率组合的燃烧模型,考虑氧化膜增厚对颗粒熄火影响建立熄火模型,计算分析了不同结构参数下的发动机燃烧流动特性,并对燃烧室尺寸进行了优化设计,主要研究内容如下:（1）通过改变发动机三个入口的CO2质量流量,探究氧化剂气量配比对发动机燃烧流动特性影响,发现二次进气形式的发动机性能整体优于一次进气形式;头部氧燃比越小,发动机燃烧效率越高,但头部氧燃比过小（O/F50g/s)会导致钝体后方无法形成稳定的驻涡区域,点火燃烧性能差。因此得到发动机最佳头部氧燃比为1.5、最佳流化气质量流量为50g/s、发动机最佳气量配比为:m（5）_f:m（5）1:m（5）2（流化气:一次进气:二次进气）=1:2:3。（2）通过改变二次进气孔径,探究二次进气喷注速度对发动机燃烧流动特性影响,发现二次进气喷注速度越大,二次进气段后的Mg粉/CO2掺混度越大,燃烧反应越剧烈,燃烧效率越高。（3）通过改变预燃段长度L1,探究二次进气位置对发动机燃烧流动特性影响,发现二次进气位置过于靠前（L1发动机火焰失稳;而预燃段长度L1大于等于80mm时,L1越小即二次进气位置越靠前,燃烧室后段高温区范围越大,燃烧效率越高。（4）通过改变燃烧室长度及直径,探究燃烧室尺寸对发动机燃烧流动特性影响,发现燃烧室长度越长,颗粒滞留时间越长,燃烧越充分;燃烧室直径越大,颗粒离散效果越好,掺混燃烧效率越高。（5）通过响应面法对燃烧室尺寸进行了优化设计,得到了燃烧室长度323.9mm、直径80mm的燃烧室尺寸最优解。

关键词：粉末火箭发动机 Mg/CO2 数值模拟二次进气燃烧效率

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颗粒粒径及速度对火箭发动机结构参数的影响

计算机仿真 2013年第6期30卷 99-102,238页

作者：胡滨胡春波张胜敏邓哲西北工业大学燃烧流动和热结构国家级重点实验室陕西西安710072

在Mg/CO2粉末火箭发动机的研究中,镁颗粒的燃速、颗粒粒径以及颗粒喷注速度是影响金属粉末燃烧特性的主要因素,金属粉末的燃烧特性决定了燃烧室的结构参数。采用RNG k-ε方程和层流有限速率化学反应模型对轴向喷注式圆柱型燃烧室燃烧性... 详细信息

在Mg/CO2粉末火箭发动机的研究中,镁颗粒的燃速、颗粒粒径以及颗粒喷注速度是影响金属粉末燃烧特性的主要因素,金属粉末的燃烧特性决定了燃烧室的结构参数。采用RNG k-ε方程和层流有限速率化学反应模型对轴向喷注式圆柱型燃烧室燃烧性能进行了三维定常数值仿真,研究了颗粒粒径及喷注速度对燃烧室中反应特性的影响,旨在为发动机结构尺寸确定提供参考,所建立计算模型与实际参数吻合较好。仿真结果表明:小粒径镁粉燃烧比较充分,颗粒粒径过大导致燃烧效率低下;镁粉燃烧放热峰随喷注速度的增加而向燃烧室后端移动,喷注速度过大则导致燃烧不完全;金属颗粒径向扩散很少,导致燃烧室壁面附近化学反应量较少且温度较低,可以利用来增强热防护能力。

关键词：粉末火箭发动机颗粒粒径颗粒喷注速度数值仿真

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扰流环对粉末发动机燃烧流动影响的数值模拟

航空动力学报 2019年第7期34卷 1558-1567页

作者：胡加明胡春波李悦李超胡旭朱小飞西北工业大学燃烧、热结构与内流场重点实验室西安710072 西安交通大学化工学院西安710049

为了提高粉末火箭发动机的燃烧效率,通过数值模拟方法研究了扰流环的有无、通径及位置对燃烧室燃烧流动特性的影响。结果表明:扰流环会增强Al颗粒和气相的掺混和换热程度,促进Al颗粒蒸发和燃烧,从而提高粉末火箭发动机的燃烧效率。当扰... 详细信息

为了提高粉末火箭发动机的燃烧效率,通过数值模拟方法研究了扰流环的有无、通径及位置对燃烧室燃烧流动特性的影响。结果表明:扰流环会增强Al颗粒和气相的掺混和换热程度,促进Al颗粒蒸发和燃烧,从而提高粉末火箭发动机的燃烧效率。当扰流环通径比在0.538~0.846范围内时,扰流环的通径越小,燃烧效率越高;当扰流环头部距离比在0.3~0.8范围内时,扰流环位置离头部越近,燃烧效率越高。设计扰流环时,应在距离燃烧室头部30%~40%的位置布置小通径的扰流环。

关键词：粉末火箭发动机扰流环 Al颗粒掺混换热燃烧效率

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Mg粉/CO2点火燃烧性能实验研究

固体火箭技术 2011年第2期34卷 193-196页

作者：李芳胡春波何国强徐义华西北工业大学航天学院燃烧、流动和热结构国家级重点实验室西安710072

利用自行设计的点火实验装置对Mg粉/CO2的点火燃烧性能开展了实验研究。通过记录的实验现象验证了Mg粉/CO2组合作为推进剂的可行性的同时,由测量到的不同粒径的Mg粉在CO2中的点火温度,对点火燃烧性能作出详细的分析和评估,得到了中等粒... 详细信息

利用自行设计的点火实验装置对Mg粉/CO2的点火燃烧性能开展了实验研究。通过记录的实验现象验证了Mg粉/CO2组合作为推进剂的可行性的同时,由测量到的不同粒径的Mg粉在CO2中的点火温度,对点火燃烧性能作出详细的分析和评估,得到了中等粒径的Mg粒子在CO2中的点火温度约为960 K,且随着粒径的增大,点火温度会逐渐升高,为粉末火箭发动机的设计提供了参考。

关键词：粉末火箭发动机点火燃烧粒子直径温度变化