Mg/PTFE/Viton富燃烟火剂微尺度燃烧特性的数值模拟文献综述

 2022-11-26 03:11

文 献 综 述

1.研究背景

1990年代的35年间整理数据显示,大多数军用飞机的伤亡可归因于红外制导的空对空导弹(AAM)或地对空导弹(SAM)[1],而红外诱饵耀斑弹可以有效的引导导弹错误的攻击目标从而保护飞机的安全[2-3]。其基本的原理是在红外波段产生高辐射欺骗制导系统。Mg/PTFE/Viton (MTV)材料由Mg作为为燃料、PTEE(polytetrafluoroethylene )作为氧化剂、Viton作为粘合剂组成。由于其在燃烧过程中的反应是基于氟化镁的形成,具有很高的反应焓,在反应中可以生成大量的碳和热量,所以是制作红外诱饵的良好材料[4-5]

MTV烟火剂的燃烧速率和化学产物部分取决于化学计量,例如在Viton含量不变时,Mg含量上升则燃烧速率变快[6],Mg含量在30-65%之间时反应主要产生氟化镁与烟气[7]。此外,MTV的燃烧速率还与金属颗粒(Mg)的粒径大小相关,通常情况下具有更高表面积比的Mg颗粒燃烧的更快。

由于有多种因素可以影响MTV烟火剂的燃烧特性,所以一种有效的数值模拟方法可以很好的解决MTV烟火剂发展的问题。

2.国内外研究现状

2.1 MTV烟火剂的开发与应用背景

20世纪末,多名日本科学家研究得到了MTV烟火剂的前身Mg/TF烟火剂的简单燃烧特性。 Kubota[8]研究了Mg与TF(polyfluoroethylene)制成的烟火剂的燃烧过程,来获取燃烧速率控制参数的信息,发现了Mg/TF丸状烟火剂在Mg的质量分数大于0.33时,随着Mg质量分数的增加,烟火剂的燃烧速率会随之增加。Kuwahara[9]研究了各种粒径大小的Mg/TF烟火剂的燃烧速率特性和灵敏度特性,总结了Mg/TF烟火剂在Mg质量分数为30%时在不同气压下的最大火焰温度,并发现了燃烧速率随Mg颗粒平均直径的增大而减小。

21世纪初期,Koch[10-11]利用热化学和FTIR光谱分析燃烧,发现作为预燃反应的一部分,在凝聚相中形成了格氏型C-Mg-F化合物,揭示了一部分MTV烟火剂的化学反应机理。Ahmet[12]研究了Viton组分变化对于MTV烟火剂爆炸热的影响。在保持Mg/Teflon比例不变的情况下,将Viton组分由2%升至14%的过程中,发现爆炸惹会随着粘合剂组分比例的上升而增加。在保持Viton组分恒定时,改变Mg的含量 ,也就是使烟火剂达到富燃状态时,发现随着Mg含量的增加爆炸热减小。并且测试了不同组分含量MTV烟火剂燃烧所能达到的最大压力和达到这个压力的速率,制成了两种可以用于HTPB/AP复合火箭推进剂的点火器,这也给MTV烟火剂提供了除充当红外诱饵弹外的另一个用途。

另外有许多科学家对于MTV烟火剂的实际应用进行了研究。Adhikary[13]研究了利用标准的机械压制工艺制造出密度更大的MTV烟火剂从而获得更长的燃烧时间。Elbasuney[14]在喷气发动机嘴中测量了MTV烟火剂燃烧产生的耀斑的红外特征,利用ICT热力学程序对燃烧火焰中的发射物种进行量化。研制的MTV公式提供了alpha;和beta;波段的相对强度比等于0.96,与飞机的强度比( 0.7 )相当,可以更好的模拟喷气式发动机的红外特征。

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