高金屬含量水反應(yīng)金屬燃料穩(wěn)態(tài)燃燒模型①

韓 超，夏智勛，胡建新，黃利亞，張興高，方丁酉

(1.國(guó)防科技大學(xué)航天與材料工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410073;2.防化研究院，北京 102205)

0 引言

水沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)采用水反應(yīng)金屬燃料和海水反應(yīng)，由于不需攜帶大量氧化劑，發(fā)動(dòng)機(jī)性能遠(yuǎn)高于常規(guī)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，是超高速魚(yú)雷的首選推進(jìn)系統(tǒng)，已成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)［1－4］。開(kāi)展水沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)燃燒機(jī)理研究，對(duì)充分了解水沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定高效工作具有重要意義。

李是良［5］對(duì)鎂基水反應(yīng)金屬燃料一次燃燒機(jī)理進(jìn)行了探索，認(rèn)為鎂顆粒在一次燃燒過(guò)程中作為熱沉惰性吸熱，后隨熱解氣體進(jìn)入氣相進(jìn)行相變和氧化反應(yīng);其研究結(jié)果對(duì)了解水反應(yīng)金屬燃料一次燃燒過(guò)程具有重要參考價(jià)值。然而，鑒于水沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)特殊的工作方式，僅了解燃料的一次燃燒過(guò)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(wú)法自維持燃燒，環(huán)境中氧化劑(特指水)的存在有可能徹底改變水反應(yīng)金屬燃料的燃燒過(guò)程和機(jī)理。目前，國(guó)內(nèi)外尚沒(méi)有關(guān)于水反應(yīng)金屬燃料在水蒸氣環(huán)境下燃燒的相關(guān)研究報(bào)道。

本文針對(duì)金屬鎂含量超過(guò)70%的鎂基水反應(yīng)金屬燃料，以燃料在水蒸氣環(huán)境下的穩(wěn)態(tài)燃燒試驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)穩(wěn)態(tài)燃燒過(guò)程進(jìn)行分析，建立了鎂基高金屬含量水反應(yīng)金屬燃料穩(wěn)態(tài)燃燒模型，為深入開(kāi)展高金屬含量水沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)燃燒機(jī)理研究提供參考。

1 試驗(yàn)基礎(chǔ)

為詳細(xì)了解鎂基水反應(yīng)金屬燃料的穩(wěn)態(tài)燃燒過(guò)程，在自行搭建的試驗(yàn)臺(tái)上分別進(jìn)行了氬氣和水蒸氣環(huán)境下的燃燒試驗(yàn)，試驗(yàn)裝置如圖1所示。……