复合推进剂压强指数影响因素及调控方法

刘 露，敖 文，刘佩进，吕 翔，苟东亮，文 瞻，何国强

(西北工业大学 燃烧、热结构与内流场重点实验室，西安 710072)

0 引言

复合固体推进剂是由无机氧化剂、有机粘合剂、金属燃料以及各种添加物组成的非均相混合物。复合推进剂的燃烧过程是由一组在气相、液相及固相中同时发生的化学反应及传热、传质等物理过程所构成的复杂过程[1]。复合推进剂的燃速受到许多因素的影响，但在诸多因素中，压强是影响燃速的最重要因素[1]。固体推进剂压强指数的大小反映燃速对燃烧室压强变化的敏感程度，这将直接影响发动机工作性能的稳定性[2]。在发动机的正常工作压强范围内，通常采用维耶里(Vieille)经验公式表示，即r=apn。其中，r为推进剂燃速；a为推进剂燃速系数，是推进剂组成及初始温度的函数；p为工作压强；n为取决于推进剂性能及其压强范围的常数，称作燃速压强指数。

对火箭发动机来说，为了稳定工作一般均要求推进剂的n<1[3]。在满足推进剂其他性能指标的同时，压强指数应小于0.6，最好在0.5以下。但在某些情况下，要求推进剂具有较高的压强指数。例如，对于推力可调的固体火箭发动机，高的压强指数可使发动机推力调节范围更大。在发动机工作过程中，如果有某些偶然因素使燃烧室压强偏离平衡压强而有所变化，当n<1，体系可自动恢复到原有的平衡压强；但当n>1, 压强变化会越来越大，发动机无法保证稳定工作。因此，在大多数情况下，总是希望n<1，并且越低越好，最好是n接近于0[4]。同时，压强指数低的推进剂，一般都具有较低的燃速温度敏感系数[5]。

压强指数低的推进剂具有许多突出的优点：首先，在火箭发动机设计过程中，不必考虑因环境温度变化及药柱裂纹而引起的燃烧室压强变化，从而使燃烧室壁减薄，使发动机壳体质量减轻；其次，压强指数低的推进剂温度敏感系数小，使用时不必考虑环境温度，有利于实战和战备[1]，且火箭弹道的偏差小。因此，目前开展了一系列关于复合推进剂压强指数调控的研究，旨在通过合理的调节方式，在不降低推进剂整体性能的前提下，得到所需的压强指数。……