纳米稀土氧化物对硼粉燃烧性能的影响研究(3)
2)二次燃烧效率
含硼贫氧推进剂中的组分和其一些理化性能决定了它的二次燃烧效率，当然燃烧过程的组织跟补燃室的构造也起到了一定的作用。由硼粒子的燃烧机理可知，只有当温度高于1900K时，硼粒子表面覆盖的氧化硼(B2O3)氧化层才会被蒸发掉，此时氧气才能够与硼粒子的表面直接接触，并发生剧烈的反应，从而达到点火条件。之后，在补燃室中，燃气与空气相接触引发气相燃烧反应，这会使局部形成高温区，通过这些区域的硼粒子则会达到点火的温度。为了使得补燃室下方的硼粒子被点燃，获得较高的燃烧效率，只有在燃气和空气充分混合前发生气相反应，使高温区位于混合区前燃气发生器喷口附近的接近化学当量比的区域。所以，若要防止贫氧燃气的温度下降，对硼颗粒的点火不利，从而使己进点火的硼粒子熄火，应该避免燃气发生器喷射出的一次燃烧产物刚开始就跟大量的空气剧烈混合。
1.3.3有关硼的改性研究
Pace等人[7]对金属镁作为硼粒子包覆层进行了研究，结果表明，在高温下镁可以与氧化硼反应生成单质硼，该反应可以有效地降低硼粒子的点火时间，提高其燃烧效率；当镁的包覆度不超过30 %时，随着包覆层中镁含量的增加，硼粉的燃烧速度也随之增加；当镁的包覆度为20%时，燃烧速度明显提高。研究结果表明，在压力0.35 MPa下，含包覆硼粒子的B / Mg / HTPB(8%/2%/90%)推进剂的燃烧速度是未含包覆硼粒子推进剂燃烧速度的1.25倍，而在高压条件下，镁包覆硼粒子并不能提高固体燃料的燃烧速度。
Tai-Kang Liu等人[8]研究了用硅烷和LiF、Viton A(氟橡胶)包覆硼粒子对含硼富燃料固体推进剂的影响。实验中采用的是无定形硼粉(纯度为90%～92%，平均粒径为2 μm)，实验推进剂配方为B/MA(镁铝合金)/AP/HTPB，其中含37 %硼，8 %镁铝合金。采用LiF包覆的目的是为了消除B2O3膜层并形成低熔点共熔物，促进点火。
2LiF十B2O3→Li2O+2BOF
含氟66%的Viton A分解产生HF，并进一步与B2O3反应，生成BF3和BOF气体，消除B2O3。
6HF+B2O3→2BF3+3H2O
HF+B2O3→BOF+HOBO
使用硅烷包覆的目的在于改进硼粒子的表面性能，改善其工艺特性。推进剂燃烧速度测试表明，在低压下，包覆硼粒子的推进剂的燃烧速度比基础配方的燃速低，高压下燃烧速度增加少许，即燃烧速度压力指数升高。硼粒子经硅烷和LiF包覆后的推进剂低压燃速下降，而高压燃速与基础配方接近，而含Viton A包覆的硼粒子推进剂的燃速则显著下降。经透明燃烧仪检测发现，硼粒子经LiF包覆后的推进剂燃烧最为剧烈，即燃烧表面上喷出更多的白炽颗粒，表明经过LiF包覆后的硼粒子推进剂点火性能提高。激光点火实验发现经LiF包覆后的硼粒子推进剂点火延迟时间最短，而经Viton A包覆后的硼粒子推进剂点火延迟时间最长。硼粒子的表面包覆材料对整个点火机理有较大的影响，点火过程在低热流量下受到AP分解情况的作用，而在高热流量下受到凝聚相反应的作用。
李疏芬等人[9]也对LiF包覆硼粒子对贫氧推进剂性能的影响进行了研究，结果表明，经LiF包覆的硼粒子对推进剂燃点的降低有促进作用，并且对推进剂喷射的增强也有一定效果，降低了粒子间凝聚，提高了残渣的分散性，有助于推进剂的稳态燃烧。
Shyu Ing-Ming等人[10]研究了GAP对含硼贫氧推进剂燃烧性能及其工艺性能的影响。实验结果表明，推进剂配方为B/AP/MA(镁铝合金)/HTPB(35%/30%/8%/27%)，GAP包覆的量为3.8%～9.2%，由于硼粒子与GAP相容，故用GAP包覆硼粒子可以阻止硼粒子与HTPB反应[11]。 所以在混合及浇铸的过程中，药浆粘度降低，工艺性能表现良好。在0.34 MPa的氮气氛围下，经GAP包覆的硼粒子推进剂燃烧较为剧烈，燃烧表面残余凝团的含量下降，当包覆剂含量由0 %增加到9.2 %时，含硼推进剂的燃烧速度提高了86%，其点火时间和燃烧时间均大幅下降，特别是点火时间降幅最大。故GAP包覆硼粒子对推进剂的点火性能和燃烧性能有利。
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