将阻燃剂注入燃烧室可以实现发动机的强迫熄火, 阻燃剂可以是液体 (如水)、 固体粉末 (如碳酸氢铵) 或气体 (如氮气)。 阻燃剂的升温、 汽化需要吸收热量, 使燃气的温度降低, 阻燃剂产生的气体隔离了高温燃气的传热, 这些因素均导致反馈热流的大幅度减小, 使推进剂装药燃烧表面的温度和化学反应速度迅速降低, 最终导致燃烧室压强下降而熄火。 为了提高熄火的快速性, 同时尽可能减少阻燃剂的消耗量, 在选择阻燃剂时要求其具有较大的热容和汽化热。
1. 喷水熄火
向正在燃烧的推进剂表面喷水时, 由于水受热蒸发吸收热量降低了表面及其附近区域的温度, 使化学反应速度迅速减小, 最终导致燃烧室压强下降而熄火。
实验表明, 存在一个最短喷水时间, 短于该时间就不可能熄火。 不同研究者得到的最短喷水时间差别很大,变化范围为0.1~0.6s。熄火延迟时间Δtj比降压熄火时间长2~4倍,所需喷水量为
mj=2mg+αAb(4-17)
式中,mg为燃烧室内的燃气质量;α为经验常数;Ab为燃烧面积。
喷水质量mj和熄火延迟时间Δtj取决于喷水质量流率和喷水时间。法国航空和宇航研究局的实验表明, 当喷水质量流率足够大时, 仅需1ms喷水时间即可获得完全熄火。
2. 喷盐粉熄火
喷盐粉熄火的机理是, 当盐粉喷撒在燃烧表面上时, 首先由于表面被盐粉覆盖, 阻碍了火焰对表面的传热, 使表面温度降低、 热分解和气化速度减慢; 其次, 盐粉自身的热分解吸收了燃烧反应区的热量。 盐粉的隔热和吸热作用, 使正常燃烧的条件遭到破坏, 导致推进剂熄火。
思 考 题
1. 何谓固体推进剂的稳态燃烧和非稳态燃烧? 何谓正常燃烧和不稳定燃烧? 稳态燃烧与正常燃烧、 非稳态燃烧与不稳定燃烧有何关系?
2. 简述固体火箭发动机不稳定燃烧的最显著特征与可能带来的后果。
3.L∗是一种特征长度,它是如何定义的?L∗不稳定燃烧通常发生在什么条件下?
4. 简述古典声腔理论的瑞利准则。
5. 将固体火箭发动机的燃烧室视为自激声振系统时, 压强振荡能否维持与发展取决于哪些因素?
6. 简述声不稳定燃烧产生的原因、 特点和基本规律, 抑制或防止声不稳定燃烧的经验措施有哪些?
7. 非声不稳定燃烧是如何产生的? 有什么特点? 举出实例。
8. 线性不稳定燃烧有什么特点? 对燃烧室压强、 发动机推力以及对平均压强、 平均推力的影响如何?
9. 简述推进剂临界压强的物理意义和主要影响因素。
10. 双基推进剂临界压强和复合推进剂临界压强的数值一般是多少? 为什么需要在低温下检验发动机能否稳定燃烧?
11. 推进剂不完全燃烧是如何产生的? 双基推进剂固体火箭发动机发生不完全燃烧时有哪些现象? 增加点火药量和提高点火药能量能否消除不完全燃烧? 怎样防止不完全燃烧?
12. 简述非线性不稳定燃烧与线性不稳定燃烧的区别。
13. 何谓固体火箭发动机不稳定燃烧的曲线辨识?
14. 固体火箭发动机压强曲线出现异常是否一定意味着不稳定燃烧? 为什么?
15. 简述固体火箭发动机对点火装置的主要要求。
16. 为什么说点火装置是固体火箭发动机最容易发生故障的部件?
17. 简述固体火箭发动机点火装置的主要组成和点火药类型。
18. 概述固体火箭发动机点火过程的三个阶段。
19. 大型固体火箭发动机的点火为什么一般采用点火发动机点火的方式?
20. 何谓发动机的点火延迟时间? 它都由哪几部分时间组成?
21.在工程上,点火延迟时间tid一般是如何定义的,它对火箭的性能有哪些影响?
22. 概述影响固体火箭发动机点火性能的主要因素。
23. 简述固体火箭发动机推力终止的方法。
24. 选择了点火药之后, 如何通过调整点火药量改善点火性能? 需要注意什么问题?
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