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叠氮化银起爆药连续化合成芯片的设计与应用研究

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含能材料 2024年第3期32卷 270-279页

作者：韩瑞山王燕兰卢飞朋张松张方李蛟褚恩义陕西应用物理化学研究所瞬态化学效应与控制全国重点实验室陕西西安710061

针对叠氮化银(AgN3,简写为SA)起爆药合成过程对于反应溶液快速混合的要求,设计制作了连续反向旋T形微混合芯片,并采用Ansys Fluent仿真模拟软件对芯片结构及反应物流速等因素对混合效率的影响规律进行了研究,优化获得了高效微混合芯片... 详细信息

针对叠氮化银(AgN3,简写为SA)起爆药合成过程对于反应溶液快速混合的要求,设计制作了连续反向旋T形微混合芯片,并采用Ansys Fluent仿真模拟软件对芯片结构及反应物流速等因素对混合效率的影响规律进行了研究,优化获得了高效微混合芯片结构。使用该芯片进行了纳米SA起爆药的连续化合成,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、差示扫描量热(DSC)研究了SA起爆药的形貌、成分结构与热性能。结果表明:当微混合芯片的通道尺寸为1 mm,对撞角度180°,反应物流速4 mL·min^(-1)以上时,可获得接近100%的混合效率。通过调节反应物流速、浓度和添加表面活性剂,可有效调控产物粒径及其分布,且反应产物主要成分为正交晶系的AgN3晶体。相较常规方法,使用微流控方法制备的SA起爆药放热峰温度由365.2℃提前到358.2℃(降低7℃),且放热量由851.6 kJ·kg^(-1)升高到976.7 kJ·kg^(-1)(升高14.7%),表明微流控方法制备的SA起爆药具有更高的反应活性和能量。

关键词：微流控微混合芯片起爆药叠氮化银

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Al⁃LiH复合燃料制备及性能

含能材料 2024年第1期32卷 12-19页

作者：王芳张鑫鹏王鼎程李春涛孙鑫科冯勇李伟航天化学动力技术重点实验室湖北襄阳441003 湖北航天化学技术研究所湖北襄阳441003

为了提高铝粉燃烧效率,利用球磨法分别制备了质量含量为3%,5%,10%,15%的Al‐LiH复合燃料。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、粒度仪对样品结构、形貌和粒径进行表征;采用差热‐热重量热仪对其热氧化性能进行表征,最后采用CO_(2)激... 详细信息

为了提高铝粉燃烧效率,利用球磨法分别制备了质量含量为3%,5%,10%,15%的Al‐LiH复合燃料。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、粒度仪对样品结构、形貌和粒径进行表征;采用差热‐热重量热仪对其热氧化性能进行表征,最后采用CO_(2)激光点火装置、高速摄像机及氧弹量热仪对其燃烧性能进行考察。结果表明:通过球磨法可以将LiH嵌入Al粉内部,LiH含量是影响其微观形貌及粒径、粒径分布的关键因素,LiH的加入使得燃料质量热值增加,同时随着LiH含量的增加Al‐LiH复合燃料燃烧火焰强度增强,点火延迟时间大幅降低。其中由于Al‐LiH复合燃料在高温下发生了微爆现象,Al‐3LiH和Al‐10LiH复合燃料在一次氧化后分别实现第二次氧化。

关键词：铝粉氢化锂推进剂燃烧性能

铝与氮氧化物高温均相反应机理的量子化学计算研究

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含能材料 2024年第4期32卷 369-376页

作者：夏文韬杜芳李毅恒林励云屈炜宸秦瑞陶博文顾健湖北航天化学技术研究所湖北襄阳441003 航天化学动力技术重点实验室湖北襄阳441003

为了研究Al粉在氮氧化物中的燃烧特性,采用量子化学密度泛函理论ωB97X方法,研究了Al与3种氮氧化物(NO_(2)、NO和N_(2)O)的反应机理。首先,使用ωB97X‑D3方法在def2‑SVP基组水平上优化了各反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,通过... 详细信息

为了研究Al粉在氮氧化物中的燃烧特性,采用量子化学密度泛函理论ωB97X方法,研究了Al与3种氮氧化物(NO_(2)、NO和N_(2)O)的反应机理。首先,使用ωB97X‑D3方法在def2‑SVP基组水平上优化了各反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,通过频率分析证实中间体和过渡态的真实性,并通过内禀反应坐标(IRC)计算以进一步确定过渡态,得到了详细反应路径和机理。同时,使用双杂化泛函PWPB95结合DFT‑D3校正和def2‑TZVPP基组获得了各结构的单点能,并使用变分插值过渡态理论计算了相关反应的反应速率常数,得出每个反应的阿伦尼乌斯表达式。结果表明,Al与NO和NO_(2)的反应过程为Al与O氧原子连接形成复合物中间体后通过三元环状过渡态破坏N‑O键生成产物;Al与N_(2)O的反应时则为Al与N原子形成复合物后通过四元环状过渡态发生消除反应生成产物。通过分析各反应动力学参数得到Al与NO_(2)、NO和N_(2)O反应活化能分别为:4.3,249 kJ·mol^(-1)和13.4 kJ·mol^(-1)。在2400~4100 K,由于Al与NO_(2)和N_(2)O的反应能垒较低,反应速率均大于106 m^(3)·mol^(-1)·s^(-1),说明该反应容易发生且速率极快,Al与NO的反应能垒极高,因此其逆反应速率远大于正反应速率,且各反应反应速率受温度的影响程度为:NO>N_(2)O>NO_(2)。

关键词：铝燃烧氮氧化物密度泛函理论动力学

基于Omega涡识别理论的自适应空化流动模型

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推进技术 2024年第2期45卷 73-85页

作者：屈念冲许开富项乐林荣浩党枭睿西安航天动力研究所陕西西安710100 西安航天动力研究所液体火箭发动机技术重点实验室陕西西安710100

液体火箭发动机涡轮泵内存在多种空化类型,其发生机理有所不同,现有数值计算方法通常采用同一套模型预测所有类型空化,导致预测精度不足。为提高复杂空化流动的计算精度,提出了自适应空化流动模型。基于先进的Omega涡识别理论和ZGB空化... 详细信息

液体火箭发动机涡轮泵内存在多种空化类型,其发生机理有所不同,现有数值计算方法通常采用同一套模型预测所有类型空化,导致预测精度不足。为提高复杂空化流动的计算精度,提出了自适应空化流动模型。基于先进的Omega涡识别理论和ZGB空化模型建立了相变系数自适应调整方法,以涡轮泵内两种典型空化(附着空化和泄漏涡空化)为对象,利用翼型实验对模型进行了验证。首先对比了几种涡识别方法的差异,发现Omega方法对阈值不敏感且物理意义明确,适合作为相变系数的取值依据;分析了相变系数对附着空化和泄漏涡空化的影响规律及两种典型空化的形成机理。结果表明:自适应模型相比ZGB模型,对泄漏涡空化的预测精度在大间隙下提升了约181%,小间隙提升了约27%,对附着空化的预测更接近实验结果;附着空化是吸力面脱落涡形成的原因,间隙泄漏流场的涡带和剪切层空化是由间隙泄漏涡和分离涡共同作用形成的。

关键词：空化模型 Omega涡识别相变系数附着空化叶顶间隙泄漏涡空化

固体火箭超燃冲压发动机点火燃烧过程实验研究

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推进技术 2024年第1期45卷 144-152页

作者：陈端毓田维平董新刚黄礼铿张璞西安航天动力技术研究所陕西西安710025 航天动力技术研究院陕西西安710025

为解决硼基贫氧燃料固体火箭超燃冲压发动机补燃室内硼颗粒超声速点火燃烧难题,设计制造了在超声速燃气射流掺混区域开设观察窗的点火燃烧过程试验样机,开展了含硼贫氧固体燃料的超声速点火试验。试验模拟了26 km,Ma5.9的飞行工况并通... 详细信息

为解决硼基贫氧燃料固体火箭超燃冲压发动机补燃室内硼颗粒超声速点火燃烧难题,设计制造了在超声速燃气射流掺混区域开设观察窗的点火燃烧过程试验样机,开展了含硼贫氧固体燃料的超声速点火试验。试验模拟了26 km,Ma5.9的飞行工况并通过高速摄像获得了点火燃烧过程的火焰形态。试验结果表明:掺混增强装置可以显著改善补燃室内存在的分层流动和一次燃气气固两相分离的现象,为硼颗粒提供良好的点火条件从而提升其附近硼颗粒的点火燃烧性能。通过合理设计掺混增强装置位置,将硼颗粒在一次燃气喷注口附近的高温点火区点燃比在补燃室中段点燃具有更高的燃烧效率,本文设计的燃烧组织结构在试验中实现了硼贫氧固体燃料0.812的燃烧效率。

关键词：固体火箭超燃冲压发动机含硼贫氧燃料掺混增强装置燃烧性能补燃室

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舰载机前起落架缓冲性能参数敏感性研究

振动工程学报 2024年第3期37卷 505-511页

作者：张飞白春玉陈熠杨正权王计真中国飞机强度研究所结构冲击动力学航空科技重点实验室陕西西安710065

为了同时满足缓冲和突伸性能,舰载机前起落架常采用双腔缓冲器设计。以某型机前起落架为研究对象,建立前起落架缓冲性能分析动力学模型,并将仿真计算结果与试验结果进行验证对比,验证理论模型的有效性和正确性。对缓冲器高、低压腔初始... 详细信息

为了同时满足缓冲和突伸性能,舰载机前起落架常采用双腔缓冲器设计。以某型机前起落架为研究对象,建立前起落架缓冲性能分析动力学模型,并将仿真计算结果与试验结果进行验证对比,验证理论模型的有效性和正确性。对缓冲器高、低压腔初始压力以及体积占比进行参数敏感性分析。结果表明,高、低压腔初始充填压力和体积占比对起落架缓冲性能的影响有别于它们对突伸性能的影响,所以对舰载机前起落架缓冲器的设计需不断优化,同时兼顾缓冲和突伸性能。

关键词：舰载机起落架缓冲性能双腔缓冲器落震试验落震动力学

磁等离子体发动机中磁喷管分离过程的流体模拟

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物理学报 2024年第10期73卷 246-255页

作者：杨振宇张元哲范威杨广杰韩先伟西安航天动力研究所陕西省等离子体物理与应用技术重点实验室西安710100

磁等离子体发动机在深空探测、载人航天等领域具备广阔的应用前景.发动机的磁喷管单元将离子能量转化为轴向动能,对磁喷管中等离子体与磁场分离的物理过程开展研究对提升发动机推进效率具有重要意义.本文建立了针对磁等离子体发动机中... 详细信息

磁等离子体发动机在深空探测、载人航天等领域具备广阔的应用前景.发动机的磁喷管单元将离子能量转化为轴向动能,对磁喷管中等离子体与磁场分离的物理过程开展研究对提升发动机推进效率具有重要意义.本文建立了针对磁等离子体发动机中磁喷管的流体数值模型,并在不同入口离子温度、背景磁场条件下开展了数值模拟.计算结果表明:等离子体向下游运动的过程中轴向速度增大,并与磁力线逐渐分离,绝热性损失分离机制在分离过程中起主导作用;入口离子温度升高,离子轴向速度增大,离子与磁场分离位置更靠上游,但不会对阻性分离过程产生影响;背景磁场增强,下游离子速度减小,流线与对称轴的夹角减小,各种分离机制中绝热性损失分离机制仍起主要作用.

关键词：磁等离子体发动机磁喷管等离子体分离流体模拟

燃速催化剂对小喉径长工作时间燃气发生器喷管沉积的影响

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固体火箭技术 2024年第2期47卷 231-236页

作者：占明明李志勇李泽军姚鲲李鑫航天化学动力技术重点实验室襄阳441003 湖北航天化学技术研究所襄阳441003

小喉径长时间工作燃气发生器易在喷管产生沉积。针对低燃温燃气发生剂配方中的燃速催化剂种类、含量对喷管沉积的影响,采用配方理论计算、药柱内弹道性能试验、喷管沉积物组成分析以及喷管温度场仿真模拟等手段进行了机理研究。结果表明... 详细信息

小喉径长时间工作燃气发生器易在喷管产生沉积。针对低燃温燃气发生剂配方中的燃速催化剂种类、含量对喷管沉积的影响,采用配方理论计算、药柱内弹道性能试验、喷管沉积物组成分析以及喷管温度场仿真模拟等手段进行了机理研究。结果表明:低燃温燃气发生剂中的燃速催化剂种类对喷管沉积存在较大影响,铁系燃速催化剂比含锌催化剂更易沉积;燃速催化剂含量越高,越容易出现沉积;喷管沉积主要成分为碳、铁元素,在燃气中的组成为FeCl_(2),其沉积机理是,在低燃温燃气发生器喷管的温度场下FeCl_(2)存在固液转化过程,其含量超过0.13%时,易在喷管处沉积。据此提出了降低含铁燃速催化剂的含量或采用无铁燃速催化剂的改善措施。

关键词：燃气发生剂燃速催化剂喷管沉积

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含能粉体材料声共振混合过程及机理研究

固体火箭技术 2024年第3期47卷 405-410页

作者：陆志猛胡期伟李洪旭郭翔航天化学动力技术重点实验室襄阳441003 湖北航天化学技术研究所襄阳441003

含能粉体材料混合时极易发生危险,对混合装置的本质安全度要求高。声共振混合可以实现材料迅速流化以及均匀、高效、安全的混合,但固-固颗粒混合机制尚不明确。针对含能粉体材料声共振混合过程中固-固颗粒相互作用问题,分析了在力场作... 详细信息

含能粉体材料混合时极易发生危险,对混合装置的本质安全度要求高。声共振混合可以实现材料迅速流化以及均匀、高效、安全的混合,但固-固颗粒混合机制尚不明确。针对含能粉体材料声共振混合过程中固-固颗粒相互作用问题,分析了在力场作用下的颗粒流动机制和声场作用下的微流效应;采用基于离散单元仿真(EDEM)的Hertz-Mindlin(no slip)模型,对15%填充率的KNO_(3)和B粉在不同垂直加速度下的运动状态、能量状态进行了模拟分析,并设计了与之对应的正交实验进行应用验证。结果表明,颗粒间的平均受力和单颗粒的平均能量均与颗粒粒径正相关,这与在一定尺寸范围内颗粒直径越小声辐射力和微流场力越大的理论推导结果相符,正交实验结果验证了声共振混合点火药相较于传统混合装备具有更好的产品性能和近乎5倍的混合效率。

关键词：声共振混合含能粉体材料混合机理点火药