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氟化钠添加对铝/冰推进剂燃烧特性的影响研究

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铝/冰推进剂具有对环境友好、安全性高、成本低等特点,较低的燃速压强指数有效抑制了燃烧的不稳定性,近年来月球,火星发现存在过水的痕迹,未来有机会由铝/冰推进剂为飞船提供动力,并实现氧化剂的就地补给,降低航行成本.然而,由于在燃烧过程中反应产生的氧化物在铝粉表面形成致密的氧化膜,导致反应燃烧速率低.为提升铝/冰推进剂的燃烧性能,最佳方法就是破除铝粉表面致密的氧化膜.本文通过激光点火实验研究氟化钠添加对铝/冰推进剂燃烧特性的影响.对不同氟化钠添加量的样品燃烧过程研究表明,未添加氟化钠的实验样品存在点火困难、燃烧速率低等问题,而添加氟化钠后燃烧速率明显提升.随着氟化钠含量的增加,铝水配比为0.9时,燃烧速率持续升高;铝水配比为1时,在添加3％氟化钠时燃速达到最大,随后燃烧速率略微下降.对比铝水配比0.9和1下的样品燃烧速率,发现铝水配比为0.9的样品燃烧速率普遍低于铝水配比为1的实验样品.将样品的燃烧火焰图像进行分析,未添加氟化钠的实验样品燃烧时,颗粒喷溅较为温和,燃烧亮度较低,而添加氟化钠后,燃料燃烧明显激烈,燃烧亮度明显提高.采用X-射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)技术对实验燃烧产物的组分、形貌进行了分析,发现在铝水配比为1的情况下,未添加氟化钠的的铝/冰燃料燃烧产物为氧化铝,主要呈球形颗粒,而添加3％氟化钠的燃烧产物为氧化铝和少量纳米铝,主要以絮状物为主,夹杂少量块状和球形颗粒.以上实验结果表明,氟化钠促进样品表面氧化膜的分解,加速铝/冰推进剂的反应;添加适当氟化钠可促进铝/冰推进剂燃烧,明显减少燃料表面引燃时间,提高燃烧速率.铝水配比及氟化钠添加量对燃速影响较大,且存在最佳氟化钠添加量0.3％,通过调节铝水配比和氟化钠含量,可以使铝/冰推进剂的燃烧效率最大化.

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