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《强冲蚀条件下srm绝热层烧蚀特性实验分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、2005年12月西北工业大学学报Dec.2005第23卷第6期JournalofNorthwesternPolytechnicalUniversityVol.23No.6强冲蚀条件下SRM绝热层烧蚀特性实验分析刘洋,何国强,李江,陈剑,娄永春(西北工业大学航天学院,陕西西安710072)摘要:利用高过载收缩管实验发动机,开展了强冲蚀条件下的绝热层烧蚀特性研究。实验结果表明:颗粒冲蚀区的炭化层厚度明显薄于非冲蚀区,且炭化层抗剪切能力较弱。通过机理分析,认为高浓度颗粒流的强冲蚀对炭化层具有强烈的剥蚀作用。结合数值计算方法,发展了一种利用少量烧蚀实验结果,获取大量烧蚀规
2、律和信息的数据分析方法。建立了实验条件下的高硅氧酚醛材料的烧蚀量和颗粒冲蚀状态之间的函数形式,并给出了颗粒冲蚀状态与烧蚀率之间的经验公式,具有较强的工程实用价值。关键词:高浓度颗粒,固体火箭发动机(SRM),绝热材料,烧蚀中图分类号:V430文献标识码:A文章编号:1000-2758(2005)06-0746-04目前固体火箭发动机(SRM)大多采用含铝推热层烧蚀特性研究,分析了强冲蚀条件下的烧蚀机进剂,这种推进剂燃烧时会产生大量的凝相颗粒,发理,结合数值计算,建立了一种基于烧蚀量经验公式动机内流场是典型的两相流动。对于高加速和强机的分析方法。动导弹来说,较高的过载
3、会使发动机燃烧室内的凝[1,2]相颗粒在局部高浓度聚集;此外对于装填比高的1实验装置深窄翼槽装药,由于燃气通道比较狭窄,也容易形成颗粒高浓度聚集的情况。这种颗粒聚集现象对发动实验采用改进后的收缩管实验发动机,与文献机内流场和装药燃烧会产生很大的影响,并严重恶[7,8]中实验装置相比,本文采用的实验发动机流量化发动机绝热材料的工作环境,甚至导致热防护失更大,可调参数范围更广,因此可模拟的工况也更效,发动机壳体烧穿爆炸。因此开展高过载强冲蚀条多。本文所采用发动机的结构示意图如图1所示,主件下的绝热层烧蚀研究,对改进绝热材料配方,提高要由燃气发生器、收缩管、减速段、烧蚀实
4、验段、绝热发动机抗过载能力具有重要意义。国内外学者在过层试件和喷管等部件构成。装药采用含铝丁羟推进载对发动机的性能影响研究方面开展了一些工剂,绝热层试件为高硅氧酚醛。实验状态为:工作压[3～6]作,但由于缺乏有效的实验手段,对高浓度颗粒强5MPa,燃气流率0.95kg/s,工作时间5.5s,试冲蚀条件下绝热层的烧蚀机理还缺乏必要的认识,件初始长度和厚度分别为150mm和16mm,颗粒工程上也没有可用的预示方法。近几年西北工业大流冲蚀夹角45°。实验原理如图2所示,两相燃气从学的何国强、李江等人在高过载条件下的地面模拟燃气发生器流出,经过收敛段,颗粒向中心汇聚,聚实验
5、方面开展了大量的探索性研究,找到了一种通集后的高浓度颗粒流以一定角度冲蚀绝热层试件。过收缩管聚集产生高浓度颗粒流的实验方法,并得对实验工况数值模拟的结果为:颗粒最大浓度为到了数值计算和实验的验证,这种方法克服了传统430kg/m3,实验段燃气平均速度为70m/s。这个结[7,8]旋转试车台难以克服哥氏加速度的不足。本文利果和某高过载发动机中的最大颗粒浓度及速度大小用这种实验方法,开展了颗粒流强冲蚀条件下的绝收稿日期:2004-12-08基金项目:国家自然科学基金(50376054)和西北工业大学研究生创业种子基金(Z20040007)资助作者简介:刘洋(1979-
6、),西北工业大学博士生,主要从事航空宇航推进理论与工程的研究。第6期刘洋等:强冲蚀条件下SRM绝热层烧蚀特性实验分析·747·数值相当。以上分析,可假定炭化层厚度是颗粒冲蚀状态(颗粒浓度、冲蚀速度和角度等)的函数,通过实验结果确定出这种函数关系,再结合炭化烧蚀模型进行烧蚀计算。图3实验后试件断面照片图1实验发动机结构示意图3数据分析由数值计算结果得知,试件表面由颗粒流冲蚀所形成的凹坑型面和颗粒流浓度及冲蚀角度有关,其中认为沿试件型面的颗粒冲蚀速度大小不变,因此烧蚀后的试件型面数据包含了“浓度”和“角度”这两种影响因素的信息,下面分别讨论。图2实验原理示意图图4为烧蚀
7、前后试件表面上的颗粒浓度分布与试件表面曲线的对应关系。由于颗粒流与试件表面2实验结果分析呈45°的夹角,因此这里“”曲线是指初始浓度投射到实验后试件表面上的浓度,图中“+”曲线即是投射后的颗粒浓度曲线。可以看出投射前颗粒浓度实验结束后发现试件表面有炭化层,并且有一最高点的位置与试件凹坑底部有较大的偏差,投射个很深的凹坑。凹坑位置和数值计算得到的颗粒浓后比较接近。度峰值位置不完全对应。图3为烧蚀实验后试件断图5为冲蚀角度与试件表面曲线的对应关系,面照片,由图中可以看出材料表面颗粒冲蚀区域的初始时刻夹角都接近45°,所以是一条直线。随着试炭化层明显比非冲蚀区的薄,
