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微型卫星体积小、质量轻、转动惯量小,其运行轨道的调整和飞行姿态的控制所需推力很小,而且精度要求高,因此对微型推进系统提出了更多的要求,诸如集成度高、功耗低、推力和冲量小等。固体化学微推进器虽然结构简单、体积和质量小、能量密度高并且性能稳定,并且能达到微型卫星的推进要求,但是由于燃烧室较大的比表面积导致的热损失较大,难以实现内部推进剂的成功点火和高效稳定燃烧。硼是固体推进剂的理想燃料,但是硼本身存在熔、沸点高,表面覆盖氧化层等问题,使硼点火燃烧困难。本文研究了含硼推进剂在微小燃烧室内的点火燃烧特性,并对推进性能进行测试。 设计和搭建了激光点火实验系统。选择激光点火方式点燃推进剂,采用高速摄像机、光纤光谱仪拍摄检测推进剂的燃烧特性,高精度压力传感器和配套数据采集卡测试推进剂的推进性能。 配制B/AP燃料推进剂,制作内径尺寸为3mm,4mm,5mm,6mm,结构分别为直管、渐变管、突变管的微小燃烧室,进行点火燃烧实验。实验结果显示,大管径有利于点火且燃烧充分,但降低了燃速,而小管径有助于增大燃烧速度和推进性能,但是增大点火难度;喷嘴结构能提高燃烧速度,并提升推进性能,但是会降低点火性能和燃烧强度。 按照不同质量比,配制B/AP燃料与粘合剂HTPB的混合推进剂,装入内径为4mm的燃烧室圆管,进行点火燃烧实验。实验结果表明,随着HTPB含量的增加而B/AP混合燃料的减少,推进剂的点火燃烧性能下降,而推进性能先小幅变化后迅速减小。粘合剂HTPB的含量需要控制在合理范围内,才能有助于含硼燃料混合推进剂的燃烧和推进性能的增强。 在(B/AP)/HTPB混合推进剂的基础上添加金属颗粒或催化剂,配制复合推进剂,填装入内径分别为3mm,4mm,5mm,6mm的燃烧室圆管,进行点火燃烧实验。实验结果显示,随着燃烧室内径增大,点火延迟时间、燃烧速度、推力、冲量和比冲值均减小,燃烧强度增加;而燃烧室内径减小时,燃速、推力、冲量和比冲均增加,但是点火难度增加,燃烧强度降低。添加金属颗粒镁或铝能提升燃烧性能,且镁粉提升效果更优,但是会降低推进性能;添加催化剂草酸或23FeO会降低燃烧性能,但是会提升推进性能,草酸对两方面的影响尤为明显。