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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
通过理论和应用研究发现，固体火箭推进剂（SRP）和固体火箭发动机（SPRM）之间存在着较大的性能差异。固体火箭发动机的性能可以通过绘制推力/压力-时间曲线的方法加以预测，以实现对实际发动机性能的评估。固体火箭推进剂的性能预测则依靠对推进剂密度、理论比冲和燃烧性能的研究与评估。其中一种对固体火箭推进剂燃烧性能的简单定义是基于应用燃烧机理进行的对内弹道性能（线燃烧速率，压力指数和温度敏感度）的评估。对复合固体推进剂（CSRP）燃烧过程的研究涵盖了在固体、液体及多组分气态推进剂中出现的复杂现象，而且燃烧过程中的物理及化学变化尚未完全弄清楚。为了获得预测复合固体推进剂性能的依据，推荐研究的题目包括：运用热分析测量技术（TAM）来研究推进剂组分的热分解（此时，推进剂的燃烧性能主要取决于其组分的微观结构）；在理想和指定燃烧室条件下燃烧产物的热化学性质，以及推进剂内弹道性能的实际意义。 复合推进剂燃速是其性能参数的基础，也是因设计条件约束而对固体火箭发动机理论性能进行修正的基准。在此，推进剂燃速作为性能预测的方法意味着在固相、燃烧相和气相阶段对零横向流条件下稳态燃烧现象的模化。固体复合推进剂的性能预测是极其重要的，其重要性在于要通过性能预测的应用将理论评估和实际测量参数的差异降低到数值仿真可接受的水平。国际上理论预测值与实际测量值之间可接受的误差是必须要遵循的。在70bar下，（对于某种在研的复合固体推进剂）国际上可接受的误差是当预测的燃速值至少90%时与实验结果的误差不超过± 10%。于此同时，理论预测结果最好是在考虑固体推进剂性能预测技术裕度的情况下达到和数值模拟更接近的值（最大± 6%)。 本文首先简要介绍了固体推进剂的成分，生产和控制方法，进而论述已知的推进剂选择方法，特点及其分类，这样有助于我们依据过氯酸铵(AP)，端羟基聚丁二烯(HTPB)，铝粉(Al)，炭黑(CB)，碳酸钙(CaCO3)和亚铬酸铜(CC)来分辨复合推进剂的种类。此外，文中从理论和应用角度出发对复合推进剂性能参数（主要包括燃烧性能参数）进行了详细地分析，从而加深对这些参数科学意义的理解。而且，复合固体推进剂的分解，其燃烧的热化学性能、燃烧机理与燃烧模型有关的题目，不同种类推进剂的燃烧以及Beckstead, Derr and Price基本模型(BDP 模型)的研究对我们研究推进剂的选择方法有很大帮助。目前主要的应用研究是对内弹道性能的预测，此外还有在70bar压力下，燃速在0.26至17.94mm/s范围内的20种基于AP/HTPB的氧含量不同的推进剂理论比冲，密度等，这些描述了在使用中的复合推进剂的一项重要应用。这些应用可以通过BDP模型的发展和另外一种主要依据对推进剂固相和气相分离的控制而定义所需特性的方法来实现，然后把它们作为燃烧相的边界条件输入到一个包含有比表面积测量，和在动态氮气环境下最大加热率为40ºC/min的定组分和混合物的TAM的小型实验程序中。推进剂配方的选定主要是考虑影响燃烧的因素，并使用前面所列的成分形成涵盖低、高固体含量（包括多种以AP为基）的推进剂，各成分含量与参考信息之间的参数变化控制在±5%。 实际应用的测量方法是TAM，包括对前面所列的成分在不同AP尺寸和粘合剂下的同步微分扫描测热法(DSC)和热重分析法(TGA)。此外，用于固体成分的Brunauer-Emmett-Teller (BET)比表面积测量方法也包括了不同的AP尺寸。在加热率为40 ºC/min时，对某些特殊推进剂混合物点火温度的测量用来检查不同推进剂配方对热敏感度的影响。经过处理的DSC/TGA数据直接用来对推进剂成分的分解特性参数进行检查。这些参数包括其热分解性能和任何变化过程中的相关热量。此外，基于已改良的等转换率法简化模型而编写的FORTRAN程序可以计算出AP（粘结剂）样本的活化能和指前因子。在上述的简化模型中，检测了两种不同间隔的化学动力参数；一是低转换间隔，AP和粘结剂都在5~30%之间；二是高转换间隔，AP、粘合剂分别在30~70%和30~95%之间。并且AP的气化热和粘结剂的分解热在假定条件下由通用分析2000数据采集系统自动获得，该系统与DSC/TGA分析器相连接。 每种配方的推进剂固相用三个基于相关领域的数学方法和收集到的原始材料参数而编写的FORTRAN程序来检查。第一个考虑的是粘结剂成分分析；第二个考虑的是推进剂成分分类；最后一个考虑的是推进剂的复合分析。通过假定理想化的几何方法研究了推进剂复合设计，主要包括密度的预测，表面积的计算（成分，推进剂，用BET测量的数据）。推进剂的气相特性是在70bar压力下用热化学计算方法来检查的。国际上，NASA的Gordon 和 Mc Bride开发的FORTRAN代码(CEA-Code)被用来计算指定焓值和压力条件基础上火箭条件和气相特性下的推进剂配方的理论比冲。 基于BDP（多火焰）模型的内弹道特性预测可以用一种针对燃烧相变区的特殊技术加以证明。这种方法建立在BDP模型方程的基础上，并在燃烧室压力在20到120bar之间变化时，通过一种简单的对丁羟配方的节制技术得以应用。在研究过程中通过对计算的，收集的和/或指定的指标和参数（成分，混合物和特定配方）进行简单处理以及应用经改进的BDP模型（无多火焰和平衡距离）可将上述方法应用在每种推进剂配方上，这项技术可以对不同配方推进剂的内弹道性能预测题目有实际的应用价值。该方法已经通过以下方式进行了证实：将收集到得数据代入描述性能变化的方程中（如成分的热特性变化是温度的函数，AP比表面是其颗粒尺寸的函数，AP动力参数是比表面的函数，粘合剂动力参数是其混合格式的参数等等）；用AP的衰退来控制燃烧的速率；应用基于DSC/TGA和Tig 测量方法的简单方法把不同的成分导入到BDP模型方程中。另外，可以用处于推进剂初始温度(To)和火焰温度(Tf)间的一维有限温度分布来评估它的表面温度(Ts)。此外，燃烧方程（在不同压力下）通过迭代计算质量流量和表面温度，然后就可以直接用于评估线燃烧速率和其它的内弹道性能。 实验研究结果表明，固体组分的实际比表面积影响特别明显，特别是在和理想球体颗粒模型下的理论计算值相比时。此外，点火温度表明，亚铬酸铜的影响很明显，其它组分的影响(只有± 2% )可以忽略。而TAM表明大多数的结果和许多重要文献都符合得很好，在粘合剂中加入塑化剂对降低分解特性（动力）参数有很大的作用；AP颗粒的尺寸越大，分解动力参数越低而气化热值越大。 性能参数的预测表明，理论计算比冲比实验值高约6%~11%，而预测的密度变化范围在-2.7%至+0.9%之间。与实验记录结果相比，预测的线燃烧速率完全在可接受范围内。显然，在25 ºC、20~120bar时，98%的结果的误差在± 15%内，81%的在± 10%内，43%的在± 6%内；在25 ºC、70bar时，100%的结果的误差在± 10%内，56%在± 6%内；在-30 ºC, +50 ºC，70bar时，100%的结果的误差在± 15%内，89%在± 10%内，54%在± 6%内。综上，这些结果证明了文章中用到的技术和对BDP模型的改进是正确的。 |
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发表于 2022-5-27 22:00:57
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