石榴结构自解体燃料的组装制备和燃烧特性研究
批准号:
22105160
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
陈苏杭
依托单位:
学科分类:
含能材料化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈苏杭
中文摘要
固液混合推进技术满足可重复使用商业载人飞船对高安全性、低成本、推力调节范围广和发动机重复使用的要求,是太空旅行运载工具的重要研究方向,但是燃料的低退移速率制约了混合推进的应用和发展。针对燃料的低退移速率受限于扩散燃烧的低热量传递难题,本项目拟设计一种石榴结构的自解体燃料,从微观结构上将燃料扩散燃烧转化为大量颗粒燃烧单元。自解体燃料由可燃颗粒堆积排列而成、颗粒之间的缝隙由复合粘结剂填充,利用复合粘结剂的快速退移来实现堆积颗粒的快速释放和燃料自解,产生类似粉尘燃烧的效果,显著提升燃料退移速率。项目将深入研究自解体燃料的微观组成单元、自解行为对燃料退移速率和火焰结构影响规律,揭示燃料微观结构对扩散燃烧和燃烧性能的调控机制,建立自解体燃料的燃烧模型。研究结果对构建高退移速率的燃料和促进固液混合推进的工程化应用具有重要的理论意义和指导作用。
英文摘要
The hybrid propulsion meets the requirements of reusable commercial manned spacecraft for high safety, low cost, throttleability and reusable rocket engine. It is an important research direction for space travel vehicles, nevertheless, the low regression rate of fuels limits the application and development of hybrid propulsion. Aiming at solving the difficulty of the low regression rate limited by the low heat feedback from diffusion flame, herein, a new self-disintegrating fuels with pomegranate-structure will be designed to convert the diffusion combustion of fuel into a large number of particles combustion units from the microstructure. The self-disintegrating fuels were composed of densely arranged and packed combustible particle, coupled with the composite binder which filled the gap between the particles. The rapid release of the densely packed combustible particle will be achieved by the rapid regression of the composite binder, achieving a similar effect with dust deflagration and significantly promoting the regression rate of the fuel. The influence of micro units and self-disintegrating behavior of the self-disintegrating fuels on the regression rate and flame structure will be intensively studied, revealing the regulation mechanism of microstructure on the diffusion combustion and combustion performance of fuels. A self-disintegrating mechanism and combustion model of self-disintegrating fuels will be developed. The results exhibit important theoretical significance and guidance for constructing the fuels with high regression rate and promoting the engineering application of hybrid propulsion.
固液混合推进系统的“绿色环保、智能随控、快速响应、可回收”非常契合下一代航天平台对推进系统要求,但是燃料的低退移速率严重制约了它的应用和发展。本项目开发了硼石蜡颗粒/端羟基聚丁二烯(HTPB)基、纳米铝粉@聚偏氟乙烯(PVDF)/HTPB基、高氮含能化合物(HNEC,4,4,6,6-四叠氮肼-1,3,5-三嗪(TAHT)和偶氮四唑钠(STZ))颗粒/HTPB基和HNEC(硝化棉(NC)、5氨基四唑(5-ATZ)、THAT))铝石蜡颗粒压装4种石榴结构自解体燃料来调控燃料的扩散燃烧方式,从微观结构上提升燃料退移速率。其中HNEC颗粒/HTPB基和HNEC铝石蜡自解体燃料实现了超高退移速率,在200 kg/m2·s氧气质量密流下退移速率分别增长了175.7%、235.9 %和71.9%、216.4%、290.2%。结果表明:HNEC颗粒增大了凝聚相放热,其低温爆燃释放的大量气体来推动燃料碎片飞散,实现一定程度的解体和颗粒飞散,增大质量传递和燃烧表面积;HNEC铝石蜡颗粒压装药柱增加颗粒之间界面,更易形成多个颗粒燃烧单元。深入研究了其微观组成单元、自解行为对燃料退移速率的影响规律,建立了石榴结构自解体燃料的一维燃烧模型,揭示燃料微观结构对扩散燃烧的调控机制,自解体燃料增加了凝聚相放热和颗粒飞溅燃烧,提高了燃烧表面的粗糙度和燃烧表面积,进而提高了对流传热和退移速率。本研究为高退移速率燃料的设计提供实验参考和理论依据。相关结果在Chem. Eng. J和Fuel等高水平期刊上发表论文9篇, 授权1件受理2件中国发明专利。
核壳n-Al@MFe2O4基微波敏感点火药的构筑及其点火特性机理研究
-
批准号:22375160
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:50万元
-
批准年份:2023
-
负责人:陈苏杭
-
依托单位:
国内基金
海外基金