推进剂的作用机理 模型

推进剂是一种经过特殊加工的、自身含有氧化剂和燃烧剂,能够在没有环境氧的参与下自恃燃烧产生大量炽热气体的含能材料。推进剂是火箭发动机的能源,它通过燃烧将推进剂的化学能转化为燃烧产物的热能,完成火箭发动机工作过程中的第一个能量转换过程。[1] 高能推进剂及原材料在经过几十年的探索研究后,因遇到种种困难,曾暂收缩了一个时期,随着军事需求的日益强烈,各国在认真分析总结经验教训的基础上,又以更务实的态度重新开始了相应的研究工作。[2]其中应用较为广泛的是固体推进剂。

由于固体火箭推进剂本身含有可燃物和氧化剂,能在一定的外界能量激发下,可在密闭的隔绝空气的环境中燃烧,这使它区别于普通燃料。推进剂燃烧是同时在气相、液相和固相发生的化学反应和输运过程,比一般的燃气混合物的燃烧更为复杂。作为一种能源,也只有通过燃烧才可将其化学潜能转化为热能,最终变为弹丸或火箭的动能[3，4]。

复合固体推进剂燃烧机理及模型化研究概况：Hermance的非均相反应(HR)模型：

Hermance C,E对GDF模型加以改进。并提出了非均相反模型[5]。这是第一个反映推进剂凝聚相反应的影响和推进剂表面不均匀性的理论模型,也是第一个引入统计概念进行分析的模型,HR模型所考虑的物理化学过程为凝聚相反应过程和气相反应过程。凝聚相反应过程包括遵循Arrhenius型反应的氧化剂和粘结剂的热分解反应以及氧化剂颗粒周围缝隙区域发生的粘结剂与气态氧化剂分解产物间的多相反应。气相反应过程则为粘结剂与氧化剂分解产物问的燃烧。HR模型认为燃烧表面由氧化剂、粘结剂和缝隙三部分构成。则推进剂质量燃速可表示成:

显然，则与氧化剂平均横截面积直径D1、缝隙深度S和氧化剂数密度有关.根据统计分析有:

HR模型假定气相火焰位置为涉及扩散混合和化学反应长度的加和,根据不同区域的能量守恒及相应边界条件,可导出燃烧速率方程、燃面温度方程和火焰温度方程。对三个方程联立求解,利用数值迭代方法即可求出燃面温度、火焰温度和燃烧速度。HR模型对氧化剂颗粒周围缝隙反应的实验证据不足。但是该模型对氧化剂多分散性质的处理以及氧化剂横截面积直径的统计处理。

[l].董师颜,张兆良.固体火箭发动机原理.北京理工大学出版社,1996

[2].王伯羲,冯增国,杨荣杰.固体推进剂燃烧理论.北京理工大学出版社,1997

[3].邢浴仁,卢众.火炸药技术现状与发展.中国北方化学工业总公司,北京1995

[4].邢浴仁,卢众.火炸药技术现状与发展.中国北方化学工业总公司,北京199

[5].侯林法编著.复合固体推进剂,宇航出版社,北京,1994

在一定条件下（温度、压力等）若炸药因热分解的作用下，反应放出的热量大于热传导（向外）所散失的热量，就能使炸药的内部发生热积累，从而使反应自动加速，温度升高，反应更快，温度更高，如此循环发展最后导致爆炸。

热作用下炸药发生爆炸的机理：

炸药分解反应放热与炸药向周围介质（环境）散失热量的平衡问题，放热速率（单位时间内由于分解反应放出的热量）：