高金屬含量水反應金屬燃料穩態燃燒模型①

韓 超，夏智勛，胡建新，黃利亞，張興高，方丁酉

(1.國防科技大學航天與材料工程學院，長沙 410073;2.防化研究院，北京 102205)

0 引言

水沖壓發動機采用水反應金屬燃料和海水反應，由于不需攜帶大量氧化劑，發動機性能遠高于常規固體火箭發動機，是超高速魚雷的首選推進系統，已成為國內外研究熱點［1－4］。開展水沖壓發動機穩態燃燒機理研究，對充分了解水沖壓發動機工作過程，實現發動機穩定高效工作具有重要意義。

李是良［5］對鎂基水反應金屬燃料一次燃燒機理進行了探索，認為鎂顆粒在一次燃燒過程中作為熱沉惰性吸熱，后隨熱解氣體進入氣相進行相變和氧化反應;其研究結果對了解水反應金屬燃料一次燃燒過程具有重要參考價值。然而，鑒于水沖壓發動機特殊的工作方式，僅了解燃料的一次燃燒過程是不夠的，尤其是隨著燃料中金屬含量的提高，燃料僅靠自身攜帶的氧化劑將無法自維持燃燒，環境中氧化劑(特指水)的存在有可能徹底改變水反應金屬燃料的燃燒過程和機理。目前，國內外尚沒有關于水反應金屬燃料在水蒸氣環境下燃燒的相關研究報道。

本文針對金屬鎂含量超過70%的鎂基水反應金屬燃料，以燃料在水蒸氣環境下的穩態燃燒試驗為基礎，通過對穩態燃燒過程進行分析，建立了鎂基高金屬含量水反應金屬燃料穩態燃燒模型，為深入開展高金屬含量水沖壓發動機穩態燃燒機理研究提供參考。

1 試驗基礎

為詳細了解鎂基水反應金屬燃料的穩態燃燒過程，在自行搭建的試驗臺上分別進行了氬氣和水蒸氣環境下的燃燒試驗，試驗裝置如圖1所示。……