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动力推进技能助力航天科技丨前沿

跟着当今军事家产及航天科技的迅猛成长,导弹、火箭及空间航行器等兵器装备和运载系统的机能越来越优异,对其动力推进装置各项机能的要求也越来越高。先进的动力推进技能不只可以缩短航天打算的研发时间,低落运行本钱,同时还可提高航行器的安详性、操纵性和能量特性。因此,先进的动力推进技能成为各航天大国的研究核心和主要方针。

动力推进技术助力航天科技丨前沿

图片来历丨pixabay

凝胶推进剂是一种新型火箭推进剂,它不易泄漏、能恒久贮存、在贮箱中不晃动、对攻击和碰撞等不敏感,兼有液体推进剂的高比冲、推力可调、多次启动和固体推进剂的易贮存运输、利用维护较量利便的优势,在将来新型导弹兵器系统中具有辽阔的应用前景。因此,凝胶推进剂成为世界各国大力大举研究的新型火箭推进剂。然而,凝胶推进剂作为一种非牛顿流体,其黏度比液体推进剂更大,雾化问题已成为困扰凝胶推进技能成长的要害问题之一。深入研究凝胶推进剂的雾化特性,展现凝胶推进剂的雾化机理,对付提高推进剂的燃烧效率,晋升动员机的事情机能具有重要意义。

凝胶推进剂雾化尝试研究希望

尝试研究是凝胶推进剂雾化研究的主要手段,雾化尝试中常用的喷注器范例主要有双股撞击式、三股撞击气动式、同轴离心式等,个中,双股撞击式喷注器由于布局简朴、雾化结果好而应用最为遍及,本书中的雾化尝试及数值模仿中均回收此类喷注器,因此,本节主要对基于双股撞击式喷注器的凝胶推进剂雾化的研究希望举办阐明。基于双股撞击式喷注器的凝胶推进剂雾化尝试装置如图1所示,凝胶推进剂通过喷注器喷出形成射流,射流撞击后形成液膜并进一步破碎形成液丝及液滴。凝胶推进剂雾化结果一般沿用液体推进剂的表征要领,回收雾化角b (射流撞击后形成液膜的展开角度)、液膜破碎长度(从撞击点到液膜破碎成液丝的间隔)、索特平均直径(Sauter mean diameter,SMD)等参数举办表征,雾化角越大、液膜破碎长度越小、SMD越小,雾化结果越好。

动力推进技术助力航天科技丨前沿

图1 基于双股撞击式喷注器的凝胶推进剂雾化尝试装置示意图

在海外,20世纪90年月以前的研究主要会合在凝胶推进剂的制备要领及流变特性上;20世纪90年月今后,逐渐开始研究凝胶推进剂的雾化特性。Green等较量凝胶推进剂和非凝胶推进剂的雾化特性,按照雾化图像指出,非凝胶推进剂雾化结果更好,且当气体质量流量稳定而流体质量流量增大时,雾化结果更好,可是该结论的公道性还存在较大争议。

Anderson等和Ryan等考查了雾化妆置的几许参数对层流和湍流射流雾化的影响,丈量差异工况下的液膜宽度、液膜破碎长度、液膜外貌不不变波长及液滴尺寸,并将不变性理论预测的液膜破碎长度及液滴巨细与尝试功效举办比拟,功效表白,线性不变理论预测的功效与尝试还存在差距,但趋势一致,尽量该结论是在牛顿流体的雾化尝试中得出的,但对研究非牛顿流体的雾化特性有很好的参考意义。

Chojnacki等别离举办冷流条件下水凝胶和水的撞击式喷嘴雾化尝试,尝试配置了3种撞击角度,通过电荷耦合器件(charge coupled device, CCD)相机得到了雾化图像,尝试功效表白,搜讯网,在沟通的工况下,水凝胶的雾化越发坚苦,其原因为胶凝剂形成的空间网络布局使水凝胶的黏度增大,从而发生了较长的液丝。

Mansour等回收气动式喷注器研究黏弹性非牛顿流体的雾化特性,指出黏弹性流体的雾化比非弹性流体的雾化坚苦许多,黏弹性流体的拉伸黏度是阻碍其雾化的主要因素,而非弹性流体的雾化主要受其表观黏度的影响,同时还指出,气动式雾化的SMD跟着气液密度比、黏性、外貌张力的减小而减小。

Guglielmi通过尝试丈量凝胶推进剂雾化的SMD,并比拟了同样条件下水雾化的功效,给出了与Mansour等沟通的结论。Chojnacki等又研究凝胶推进剂模仿液的撞击式雾化行为,研究表白,当韦伯数(We)介于400~500时,液膜开始破碎成液丝,可是液丝很难破碎成液滴。Helmut等对Jet A-1燃料的撞击式雾化问题举办研究,功效表白,当撞击角度为100°、喷嘴直径为0.7mm、射流速度为35m/s时,液丝开始从液膜离开,逐渐转酿成更小的液丝,进而形成液滴,液丝的间距约为10mm。

Kihoon等研究射流撞击式喷嘴雾化的液膜破碎特性,阐明液膜破碎长度随韦伯数和撞击角度的变革环境;Jayaprakash等的研究表白,当喷射压力稳定时,雾化角随撞击角度的增大而增大,当撞击角度一按时,喷射压力的增加可以减小破碎长度。Rahimi等对凝胶推进技能举办较为系统的研究,主要包罗凝胶推进剂及其模仿液的制备及流变特性研究,无机凝胶推进剂的触变特性研究及凝胶推进剂的雾化特性研究。

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