亚大气压下AP/HTPB微尺度稳态燃烧的数值模拟

赵健锋，余永刚

(南京理工大学 能源与动力工程学院，江苏 南京 210094)

引 言

AP/HTPB复合推进剂广泛应用于火箭发动机和底排装置。相较于火箭发动机内的高压环境，底排弹飞行时所处环境压强一般低于大气压强。且在底排弹飞行过程中，随着飞行高度的提升，环境压强不断降低。因此，为保证底排装置最优的增程效果，对亚大气压环境下推进剂的燃烧特性进行分析十分必要。

由于AP/HTPB复合推进剂真实的燃烧过程十分复杂，为更清楚地了解其燃烧过程，研究人员进行了很多实验与数值研究。其中黄蒙等[1]对HTPB/Al/AP/RDX各组元相互作用进行了实验分析。更多研究人员采用数值计算，相继提出了许多理论模型，目前BDP多火焰模型[2]使用较为广泛。BDP多火焰模型将AP/HTPB的燃烧分为3个阶段，分别受三步反应控制。除BDP模型外还有经简化的BDP两步反应模型和详细的多步化学反应模型。

过去很多研究者对AP/HTPB的燃烧特性进行了实验研究和数值分析。利用两步反应模型，Cazan等[3]分析AP/HTPB的火焰结构；Knott等[4]研究了贝克莱数对AP/HTPB燃烧的影响；Massa 等[5]、 Gaduparthi等[6]对比了利用两步和三步化学反应机理对AP/HTPB燃烧进行数值模拟的差异。

上述研究大都在2MPa压强以上开展。目前关于亚大气压下AP/HTPB燃烧的研究多为实验研究。Schoyer等[7]测量了在20～140kPa下AP/HTPB中加入草酸盐和硝基胍后推进剂在不同初始温度下的燃速。Krishnan等[8]在2～100kPa压强范围内研究了推进剂中加入氧化铁和亚铬酸铜的影响；Lee等[9]测量了含有不同添加成分的5种推进剂的燃速，得到20～100kPa下燃速压强指数为0.6～0.88，高于高压下的燃速压强指数；……