侵蚀燃烧效应的影响因素

理论分析和实验研究均表明， 影响固体推进剂侵蚀燃烧效应的最主要因素是燃气流速，同时气体流动状态、 推进剂性质和装药药柱形状等也有重要影响。

1. 平行于燃烧表面的气流速度影响

实验研究表明， 平行于装药燃烧表面的燃气流速是影响侵蚀燃烧效应最主要的因素。图3-12给出了不同流动马赫数下几种推进剂侵蚀比的实验结果， 其中马赫数Ma的定义参见5.3节， 马赫数增大时流速也增大， 反之亦然， 但两者的变化不是呈正比关系。 由图可见， 每一种推进剂都存在一个使ε＝1的界限马赫数Math（对应于界限速度vth），当Ma＞Math时，ε随Ma增大而增大；当Ma＜Math时，有些推进剂ε＝1，即无侵蚀效应， 而另一些推进剂ε＜1， 即出现了负侵蚀现象，流动反而使燃速减小（注意，界限流速vth是按照燃速开始超过基本燃速时的流速定义的）。

界限速度vth取决于推进剂的性质及其他流动条件。 由于燃气流动是固体火箭发动机中的必然现象，因此vth越小表示推进剂越容易出现侵蚀燃烧效应，对给定流动条件的发动机而言，vth越小表示侵蚀燃烧效应越严重。

图3－12 不同流动马赫数下几种推进剂侵蚀比的实验结果

2. 燃气压强的影响

推进剂的界限流速与燃气压强有关， 当装药燃烧表面上的燃气静压p升高时， 界限流速vth减小，亦即侵蚀燃烧效应加剧。如图3-13所示为某双基推进剂燃气压强对侵蚀燃烧效应的影响， 从图中还可看到， 燃气流速越大， 压强对侵蚀效应的影响也越大。 表3-2给出了某双基推进剂和某复合推进剂的燃气压强与界限流速vth的对应关系，可见，无论双基推进剂还是复合推进剂都有类似的影响规律。

图3－13 燃气压强对侵蚀燃烧效应的影响

表3－2 燃气压强与界限流速vth的对应关系

3. 推进剂性质的影响

推进剂性质对侵蚀燃烧效应的影响体现在推进剂的基本燃速 （即无侵蚀燃速） 上。 一般情况下， 低燃速推进剂的侵蚀效应要比高燃速推进剂的大， 这种差别在图3-12中已有明显反映。 表3-3是四种双基推进剂在p＝9.81MPa条件下， 基本燃速与侵蚀燃烧效应界限流速对应关系的实验结果。

表3－3 基本燃速0与界限流速vth的对应关系

4. 装药几何形状的影响

装药几何形状对侵蚀燃烧效应也有一定影响。 通常情况下， 非圆孔装药的侵蚀燃速比圆孔装药的大， 如星孔装药比单孔管状装药的侵蚀燃烧效应要大得多； 非圆孔装药沿周长不同位置处的侵蚀燃速也不相同， 例如， 星孔装药的星根处的侵蚀燃速要比星尖处大。 图3-14给出了不同形状装药的侵蚀常数Kδ，Kδ是后面定义的格林侵蚀函数式（3-21） 中的系数，其值越大表示侵蚀燃烧效应越大。

图3－14 不同形状装药的侵蚀常数Kδ

（a） 薄肉厚圆管形，Kδ＝0.20；（b） 有内圆角的车轮形，Kδ＝0.30；（c） 圆管套管形，Kδ＝0.55；（d） 车轮形，Kδ＝0.25；（e） 有内圆周的八角星形，Kδ＝0.34；（f） 树枝形，Kδ＝0.53；（g） 五角星形，Kδ＝0.75；（h） 有内圆周的六角星形，Kδ＝0.40

5. 侵蚀燃烧的尺寸效应

实验研究表明， 在推进剂配方和发动机工作条件一定的情况下， 大尺寸发动机的侵蚀效应小于小尺寸发动机， 因此， 用小尺寸发动机或小型的专门实验装置测出的侵蚀比， 必须经过必要的修正之后才能用于大尺寸发动机。

根据后面给出的L-R公式 （3-26） 可知， 在推进剂和发动机工作条件一定时， 装药侵蚀燃速的增量Δ 与装药通道的当量直径Dp的0.2次方成反比。于是由式（3-26）可得

式中，ε1和ε2分别为装药通道当量直径为Dp1和Dp2时的侵蚀比。