侵蚀燃烧现象

通过中止实验使发生侵蚀燃烧效应的装药燃烧熄灭， 可以发现装药并不是严格按照几何燃烧定律燃烧的。 如果装药燃烧表面的初始形状为内孔正圆管状， 则燃烧中止后装药内孔大致呈截锥形， 如图3-10所示。 由图可见， 装药通道下游 （近喷管端） 的燃速大于上游。装药通道上下游两端的燃烧条件差别主要体现在平行于燃烧表面的气体流动状态不同， 即上游燃气压强高、 流速低， 而下游则压强低、 流速高。 根据固体推进剂燃速定律， 上游压强高于下游， 则上游的燃速亦应大于下游， 但实际情况正好相反， 这说明燃速差别主要是由上下游的流速不同造成的。 一般情况下， 平行于装药燃烧表面的燃气流速将使燃速增大， 这种现象称为固体推进剂的侵蚀燃烧效应。 进一步观察燃烧中止后的燃烧表面形状还可发现， 在装药通道上游仍有一部分燃烧表面呈圆管形， 没有发生侵蚀燃烧效应， 说明并不是任何状态的平行气流都能产生侵蚀燃烧效应。 考虑到在装药通道中， 气流速度是逐渐加快的， 所以上述现象表明， 只有当气流速度大于某个值时， 侵蚀燃烧效应才会出现， 这个流速的临界值称为侵蚀燃烧界限速度，用符号vth表示。

图3－10 内孔燃烧装药的侵蚀效应

（a） 燃烧表面初始形状； （b） 燃气压强和流速沿药柱的分布； （c） 中止后的燃烧表面形状

侵蚀燃烧效应使装药燃速增大， 燃气生成率也随之增大， 导致燃烧室中的燃气压强升高。 在发动机工作的初始阶段， 装药通道的截面积最小， 气流速度大， 因而侵蚀燃烧效应最严重， 常引起压强急升， 这种由侵蚀燃烧效应引起的压强急升称为侵蚀压强峰，如图3-11所示。 此后， 随着装药的不断燃烧， 通道截面积逐渐扩大， 流速不断减小， 侵蚀效应也逐渐减弱， 燃速恢复到无侵蚀时的燃速， 压强也随之降低到无侵蚀时的压强。

图3－11 侵蚀效应对燃烧室压强－时间曲线的影响

燃烧温度低于3000K的固体推进剂大都有明显的侵蚀燃烧效应。 一般地， 燃烧温度越高侵蚀效应越小， 推进剂燃速越低侵蚀效应越明显， 在无喷管发动机中侵蚀燃烧效应尤为严重。