固体火箭推进剂的燃烧是发生在燃烧表面附近相当窄区域内的复杂物理化学变化过程，同时伴随着剧烈的能量和质量交换。 推进剂的燃烧机理取决于推进剂的组成、 结构以及其他很多因素。 实验观测表明， 在固体推进剂的燃烧过程中， 存在复杂的三维微观结构、 三维火焰结构、 液相和气相中间产物、 空间和时间变化、 铝微粒聚集、 碳微粒形成以及非线性反应等复杂现象。
图3－1 双基推进剂火焰结构示意图
双基推进剂为均质推进剂， 其氧化剂和燃烧剂处于同一相中， 结构均匀， 同一分子中既有燃烧剂又有氧化剂。 因此， 在组元分解后生成的燃气中氧化剂和燃烧剂也是均匀混合的。这种反应物预先混合均匀的燃烧反应称为预混燃烧， 形成的火焰称为预混火焰， 火焰的传播速度受化学反应速率控制。通过管式燃烧器实验观察到的双基推进剂火焰结构示意图如图3-1所示。 管式燃烧器是一种小型压力容器， 通常开有观察窗口， 推进剂药条外侧面包覆， 从一端点火向另一端燃烧， 通过向容器中充填惰性气体 （如氮气） 来模拟燃烧室压强。 由图可见， 沿燃烧方向双基推进剂的火焰结构是均匀、 一维的， 推进剂受燃烧加热而熔化、 分解，并在燃烧表面气化， 最终形成预混火焰。 在火焰中可以分辨出若干明暗不同的区域， 各区的燃气组分、 温度以及温度梯度都不相同。 在燃面上方， 存在一个明亮的辐射火焰区以及在明亮火焰区与燃面之间的一个暗区。 燃面下方则是液化的鼓泡的推进剂， 熄火后的燃烧表面上分布着大小不等、 深浅不同的蜂窝状巢孔。 环境压强对各区厚度有显著影响， 提高燃烧室压强时暗区厚度减小， 火焰总长度缩短。
复合推进剂稳态燃烧中的化学反应、 传热传质过程要比双基推进剂复杂得多。 复合推进剂是非均质混合物， 氧化剂晶粒和金属燃烧剂等固体粒子分散在黏合剂弹性基体中。 复合推进剂所用的氧化剂和黏合剂种类繁多， 氧化剂有硝酸铵 （AN）、 高氯酸铵 （AP）、 过氯酸钾（KP） 等， 黏合剂有沥青、 聚硫橡胶 （PS）、 聚氨酯 （PU）、 聚氯乙烯 （PVC） 和各种聚丁二烯 （PB）。 不同的氧化剂和黏合剂有不同的物理化学性质， 燃烧过程差别很大， 特别是含量最大的氧化剂对燃烧过程的影响尤为突出。 图3-2所示为某含铝AP复合推进剂火焰结构示意图， 可以看出火焰是不稳定 （闪烁） 的， 具有复杂的三维非对称结构。 发光火焰似乎是附着在燃面上， 即使在低压下也如此， 而且不存在暗区。 固体微粒 （铝、 AP晶粒等）从燃面逸出， 并在气流中继续反应和分解， 炽热的氧化铝液滴在燃气中发出强烈的辐射。AP分解出来的富氧气体和燃烧剂分解出来的富燃气体相互扩散， 形成扩散燃烧， 这是一种主要受扩散混合过程控制的燃烧方式。
图3－2 某复合推进剂火焰结构示意图
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
