CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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点火损伤

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    • 基于新型半导体激光系统的B/KNO3/PF点火特性

      2020, 28(2):89-98. DOI: 10.11943/CJEM2019085

      摘要 (1196) HTML (1507) PDF 0.00 Byte (3345) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究点火系统的发火性能和点火特性,设计了一种新型可自检半导体激光点火系统和以微米级B/KNO3/酚醛树脂(PF)为装药的激光点火器。采用热重-差示扫描量热技术(TG-DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱仪(EDS)、激光反射率和发射光谱等测试获取了药剂的形貌尺寸、元素分布、热性能、激光吸收效率和药剂粒子激发谱线等性能参数;通过激光点火系统启动点火器发火研究了激光脉宽对B/KNO3/PF药剂发火性能和点火特性的影响。结果显示:较大PF质量比(4.8%)的和较小颗粒(平均粒径6.97 μm)的B/KNO3/PF药剂在DSC曲线中起始反应温度降低,放热量增加。点火器点火启动分为一次点火和二次点火两个过程,激光脉宽对点火器的点火特性有显著影响。当激光脉宽为5 ms和10 ms时,点火器能够正常发火,其50%发火能量分别为6.23 mJ和12.54 mJ。通过调节激光的脉宽和能量,获得点火器的一次点火延迟时间为3.50~4.69 ms,二次点火延迟时间为7.23~8.08 ms,火焰持续时间为58~83.5 ms;当激光脉宽为2 ms时,激光点火系统无法激励点火器正常发火。这种特性与半导体脉冲激光能量输出规律相符合。

    • 汽油和柴油掺混燃料的着火特性:高压下的点火延迟实验和反应动力学模型的研究(英)

      2020, 28(5):407-415. DOI: 10.11943/CJEM2020004

      摘要 (1173) HTML (337) PDF 0.00 Byte (3886) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了两种已经认证的汽油和柴油掺混燃料的点火延迟时间。所有的实验测量都在激波管和快速压缩机中完成,实验条件覆盖了宽泛的发动机工况:φ = 0.5~ 2.0, T=700~1400 K and p=10~20 bar)。此外,测得的点火延迟时间也同另外两个相关的汽油燃料:Coryton汽油和Haltermann汽油的实验结果做了系统性的对比。两种简单的汽油替组分:正标准参考燃料(PRF)和甲苯标准参考燃料(TPRF),以及两个反应动力学模型被用来模拟预测实验结果。实验结果展示出:1)对于各个不同的燃料,压力和当量比对点火延迟时间的典型性影响;2)对于四种不同的燃料,在负温度系数区(700~900 K)的反应活性的较大差异。具体定量的来讲,在温度为750 K时, 两种不同的汽油和柴油掺混燃料的点火延迟时间相差为1.5~2.0倍。对于高辛烷值和高敏感性的燃料(Coryton汽油)来说,用甲苯标准参考燃料(TPRF)来模拟的结果显示出非常规的低反应活性,这主要是由于燃料组分中大量的甲苯的存在(77.6%的体积比例)。为了探究此现象背后的反应动力学规律,本文对于甲苯以及甲苯跟烷烃(正庚烷和异辛烷)的相互作用,进行了深入的反应物的浓度消耗曲线,反应通量的分析,以及敏感性分析。

    • 中止燃烧方法模拟固体推进剂动态点火冲击过程(英)

      2020, 28(1):62-70. DOI: 10.11943/CJEM2019119

      摘要 (1238) HTML (521) PDF 0.00 Byte (4378) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究火箭发动机点火过程中动态冲击对固体推进剂的影响,设计了一个基于中止燃烧的模拟点火冲击装置。该装置由点火螺栓、燃烧室和泄压螺栓组成。金属爆破片安装在泄压螺栓的剪切口处,在点火冲击过程中准确控制泄压压力。模拟点火冲击试验的研究对象是圆环柱体形状的poly(BAMO-THF)/AP/Al固体推进剂试样。p-t曲线表明爆破片的泄压压力与测得的压力一致,其误差在±6%。根据p-t曲线计算增压速率,10 MPa下增压速率达到7000 MPa·s-1,15 MPa下增压速率达到12000 MPa·s-1,这远远大于固体火箭实际点火过程中的增压速率。在模拟点火冲击试验后,推进剂试样端面(受损表面)镶嵌的粒子受损,而内侧表面(未损表面)仍保持完整的状态。点火冲击试验后,推进剂试样的压缩强度增加,而压缩强度开始增加时的形变值降低。这说明在模拟点火冲击试验后,推进剂受损表面会进一步受损,力学性能也会发生改变。

    • 自燃型离子液体点火燃烧机制研究进展

      2020, 28(5):435-441. DOI: 10.11943/CJEM2020024

      摘要 (1179) HTML (714) PDF 0.00 Byte (5250) 评论 (0) 收藏

      摘要:自燃型离子液体具有极低蒸气压、低毒、高热稳定性等优点,是最有潜力取代肼及其衍生物的新一代绿色推进剂燃料。深入理解自燃性和点火燃烧过程对离子液体推进剂系统的实际应用至关重要,为此,综述了近年关于自燃型离子液体点火燃烧机制方面的研究进展,主要包括自燃反应路线与机理、点火和燃烧过程以及自燃性理论预测三个方面,详细介绍了以二氰胺阴离子和硝酸为主的自燃反应机理,分析了自燃型离子液体点火燃烧的几个阶段及现象,总结了对自燃性进行预测的几种方法,提出未来的重点发展方向在于扩展和完善除二氰胺外其它阴离子的反应机理、开发新型的绿色氧化剂代替有毒的发烟硝酸、统一规范点火装置和方法以及优化理论预测模型提高预测方法的精确性等。

    • 裂解态正癸烷点火延迟时间的理论研究(英)

      2020, 28(5):398-406. DOI: 10.11943/CJEM2020012

      摘要 (1040) HTML (464) PDF 0.00 Byte (6395) 评论 (0) 收藏

      摘要:在先进飞行器发动机中,吸热碳氢燃料在进入燃烧室之前会发生热裂解反应,生成未反应燃料和小分子裂解产物的混合物(称为裂解态燃料)。本工作研究了在1300~1800 K、0.1~3.0 MPa和当量比为1.0的条件下,不同的裂解转化率、裂解压力、点火压力和自由基对正癸烷裂解着火特性的影响。通过采用一种精确的组合机理,从理论上计算了流动反应器中3.0和5.0 MPa下正癸烷裂解组分,与文献中的实验结果吻合较好。结果表明,正癸烷在 3 MPa和5 MPa下裂解的出口转化率分别为46.2%和 58.8%,裂解产物分布一致,但乙烯的含量随着压力的升高明显的降低,而烷烃含量随着压力的增大而增加。尽管自由基总体含量很低,但在3 MPa条件下裂解产物中的自由基浓度依然高于5 MPa条件下。对于点火延迟时间的计算结果则表明,裂解态正癸烷的点火延迟时间随着转化率的增大而延长,且在5 MPa下随着转化率的变化更明显。相同转化率下,5 MPa下的裂解态正癸烷的点火延迟时间比3 MPa下更短。此外,与无自由基的裂解正癸烷相比,裂解正癸烷中自由基的存在可以加速着火过程,转化率小于40%时,着火延迟时间缩短15%以上。

    • 航空煤油裂解气的高温自点火延迟特性

      2020, 28(5):391-397. DOI: 10.11943/CJEM2019328

      摘要 (1096) HTML (596) PDF 0.00 Byte (4155) 评论 (0) 收藏

      摘要:航空煤油是一种典型的吸热性碳氢燃料,燃料在进入燃烧室之前通过热裂解产生裂解产物而吸热,可在高速飞行器的热防护中起着重要作用。航空煤油及其裂解气的自点火延迟特性是冲压发动机设计的主要参数之一,也是验证燃烧反应机理的重要数据。本研究在化学激波管中,利用反射激波对航空煤油及其裂解气进行自点火,获得了点火温度在900~1820 K,压力为1.01×105 Pa,当量比为1.0条件下RP-3航空煤油、裂解气及主要裂解成分氢气、甲烷、乙烯和乙烷的自点火延迟时间。点火延迟时间定义为反射激波到达测量点时引起的压力信号起跳到CH*自由基信号大量出现时的时间间隔。实验结果表明,点火延迟时间随温度的升高明显缩短;在相同工况下,甲烷点火延迟时间最长,氢气最短,裂解气的点火延迟时间比航空煤油略长;裂解气活化能接近于航空煤油的活化能,都在180 kJ·mol-1左右,单组分中的氢气点火活化能最低,为127.8 kJ·mol-1。实验结果与相应的燃烧动力学机理模拟结果进行了对比,机理能很好预测温度对点火延迟时间的影响规律。对机理进行了敏感度分析,得到了影响燃料点火的主要基元反应。

    • Al/PTFE活性材料的动态力学行为和撞击点火特性

      2020, 28(1):38-45. DOI: 10.11943/CJEM2019024

      摘要 (1982) HTML (1264) PDF 0.00 Byte (6559) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)活性材料在动态载荷下的力学行为及其点火机理,采用分离式霍普金森压杆对不同成型压力下所制备的Al/PTFE试件进行动态压缩试验。试验结果显示,当应变率为2960~5150 s-1时,Al/PTFE试件在动态加载下呈现出典型的弹塑性力学行为,成型压力为50~150 MPa时,Al/PTFE试件的屈服强度和硬化模量并未表现出应变率效应。成型压力30~80 MPa时,Al/PTFE试件的速度点火阈值随成型压力的增加从28.77 m·s-1缓慢升高到29.22 m·s-1,材料的点火延迟时间始终保持在600~700 μs。当成型压力达100 MPa时,Al/PTFE试件的速度点火阈值大幅下降至26.60 m·s-1,且随着撞击速度的提高,活性材料的点火延迟时间由1000~1100 μs降到600~700 μs。结合扫描电镜结果可知,成型压力为100~150 MPa时,活性材料内部的局部大尺寸孔洞是材料速度点火阈值下降的重要因素。Al/PTFE活性材料的撞击引发点火特性主要与外部载荷和内部微观形貌有关。

富氮杂环含能化合物的创制

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