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AP/HTPB底排推进剂热分析及点火燃烧特性研究

作　者: 沈慧
导　师: 余永刚
学　校: 南京理工大学
专　业: 工程热物理
关键词: AP/HTPB底排推进剂热分析点火实验燃速测量数值模拟
分类号: TJ33
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

目前在弹丸底部设计排气装置是提高大口径榴弹射程常用的方法之一,其工作原理是：通过底排药剂燃烧后产生高温气体向尾流区添质加能,从而有效降低底阻,达到大幅度增加榴弹射程的目的。底排推进剂常用的是高氯酸铵/端羟基聚丁二烯(AP/HTPB),它是一种由高分子粘合剂和氧化剂组成的双组分复合推进剂。本文以底部排气弹相关内容为背景,主要对AP/HTPB底排推进剂的热分解、点火及燃烧性能进行实验研究和数值模拟,主要内容如下：(1)在升温速率分别为20℃/min和40℃/min工况下,对降压熄火后的AP/HTPB底排推进剂进行DSC和TG-DTG热分解实验,并和AP/HTPB底排推进剂原试样进行对比分析,探讨它们热分解特性。基于热分解速率方程和Arrehenius定律,计算出动力学参数。(2)设计了高温燃气射流装置,借助高速录像系统和热电偶测温装置,研究了AP/HTPB底排推进剂在高温燃气射流作用下的点火延迟特性及其燃速。在实验基础上,建立了AP/HTPB底排推进剂着火延迟期和燃速的简化模型,理论计算结果与实验数据吻合较好。(3)采用密闭爆发器测试系统研究了AP/HTPB底排推进剂在50-200MPa压力范围内的燃速,得到了AP/HTPB线燃速与压力的指数公式。基于遗传优化算法,建立了燃速的优化设计模型,其计算结果更加逼近实验结果。(4)针对底排模拟装置,建立了瞬态泄压工况下底排内流场的二维非稳态数学物理模型,并进行了数值模拟。获得了底排燃烧室内压力、温度、密度和速度的时空分布规律,对控制底排装置燃烧稳定性有一定的参考价值。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
目录  11
1 绪论  11-19
  1.1 课题背景与意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-18
    1.2.1 固体推进剂热分解的研究方法  13
    1.2.2 AP/HTPB热分解的主要特点  13-14
    1.2.3 纳米催化剂对AP/HTPB热分解特性的影响  14-15
    1.2.4 AP/HTPB复合推进剂的点火  15-16
    1.2.5 AP/HTPB复合推进剂的燃烧特性  16-18
  1.3 本课题主要工作  18-19
2 AP/HTPB底排推进剂热分解特性研究  19-29
  2.1 引言  19
  2.2 样品制备  19-21
  2.3 TG—DTG实验  21-23
    2.3.1 试验仪器和方法  21
    2.3.2 试验结果与分析  21-23
  2.4 DSC实验  23-25
    2.4.1 测试设备及方法  23-24
    2.4.2 试验结果与分析  24-25
  2.5 动力学参数估算  25-27
    2.5.1 理论模型  25-26
    2.5.2 计算方法  26-27
    2.5.3 计算结果  27
  2.6 本章小结  27-29
3 AP/HTPB底排推进剂在大气压下的点火燃烧特性研究  29-42
  3.1 引言  29
  3.2 点火燃烧试验的样品制备  29-30
  3.3 高温燃气射流装置的设计  30-31
  3.4 实验结果及分析  31-34
  3.5 AP/HTPB底排推进剂初温对燃速的影响  34
  3.6 AP/HTPB底排推进剂着火延迟期的简化模型  34-36
    3.6.1 基本假设  35
    3.6.2 数学模型  35-36
  3.7 AP/HTPB底排推进剂燃速的简化模型  36-41
    3.7.1 物理模型  37
    3.7.2 数学模型  37-40
    3.7.3 数值计算结果  40-41
  3.8 本章小结  41-42
4 AP/HTPB底排推进剂高压燃速测量与优化模型  42-56
  4.1 引言  42
  4.2 影响燃速的因素  42-43
  4.3 燃速的测量方法  43-46
  4.4 AP/HTPB底排推进剂高压下燃速测量与分析  46-51
    4.4.1 实验装置及测试方法  46-47
    4.4.2 实验方案  47-48
    4.4.3 试验结果与分析  48-50
    4.4.4 AP/HTPB底排推进剂燃速公式的拟合  50-51
  4.5 燃速的优化设计模型  51-53
    4.5.1 遗传算法的基本原理  51-52
    4.5.2 遗传算法的优化流程  52-53
  4.6 底排推进剂燃速优化  53-54
    4.6.1 优化模型的建立  53-54
    4.6.2 优化结果  54
  4.7 本章小结  54-56
5 底排推进剂装置内流场二维非稳态模型及数值模拟  56-64
  5.1 引言  56
  5.2 底排装置内流场的二维非稳态模型  56-59
    5.2.1 内流场的特点  56
    5.2.2 物理模型  56-57
    5.2.3 数学模型  57-58
    5.2.4 边界条件与初始条件  58-59
    5.2.5 网格划分  59
  5.3 数值模拟结果与分析  59-62
    5.3.1 模拟结果与实验结果比较  59-60
    5.3.2 数值计算结果预测  60-62
  5.4 本章小结  62-64
6 结论与展望  64-66
  6.1 工作总结及主要结论  64
  6.2 后续工作展望  64-66
致谢  66-67
参考文献  67-74
附录  74

AP/HTPB底排推进剂热分析及点火燃烧特性研究

内容摘要

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