本项目研究高温(2500~3000K)高压(100~400MPa)瞬态(5~25ms)条件下,整装式含能液体的燃烧机理及燃烧稳定性控制方法。设计多级渐扩型燃烧推进试验装置,利用高速录像、脉冲X光系统和瞬态测试技术,开展高压热气流和等离子射流与整装式液体工质、含能液体相互作用规律研究。观测一个和多个Taylor空腔发展、相互作用及液体工质卷吸过程,探讨多参数变化对系统燃烧稳定性的影响,建立系统燃烧稳定性判据。在专门设计的高压燃烧试验装置上,研究多孔介质控制整装式含能液体的燃烧规律。在实验研究基础上,从多相流、湍流燃烧理论出发,建立多种相应的理论模型,并进行数值模拟。该项研究对促进高温高压瞬态燃烧领域的理论和实验技术发展有重要意义。同时也可为我国液体工质电热化学炮、液体炮系统的技术开发和安全性评估奠定理论基础。
以液体能源超高速发射技术为背景,开展高温高压瞬态条件下整装式含能液体燃烧推进稳定性控制方法及机理研究。主要研究内容及成果包括(1)高压燃气射流与整装式液体工质相互作用研究。观测了单股、双股气体射流在渐扩型和矩形边界液体中的扩展形态,探讨了渐扩型边界中多参数变化对射流扩展形态的影响。获得了一个和两个Taylor空腔发展、相互作用及液体工质卷吸的基本规律。建立了气液相互作用的两维模型,并进行了数值模拟,获得了射流场中各参数的分布特性。(2)等离子射流与液体工质相互作用研究。利用高速录像系统观测了等离子射流在液体中的扩展特性,探讨了放电能量和观察室结构变化对等离子射流扩展过程的影响。实验表明等离子射流形成的Taylor空腔扩展速度快,但衰减也快,与液体界面间存在强烈的传热、传质效应。建立了两维轴对称模型,模拟出等离子射流场中压力、温度和速度的变化特性。(3)整装式含能液体燃烧推进实验及理论研究。采用多孔介质填充于液体药或将液体药注入多级渐扩型燃烧室中的方法,试验和数值计算表明在参数匹配条件下,可有效提高系统燃烧推进过程的稳定性。研究成果对推动我国新概念火炮技术发展有重要意义和应用前景。