光控燃烧固体推进剂设计及燃烧机理研究(3)
1.2 固体推进剂燃烧理论概述
国标（GB5907-86）定义：燃烧是可燃物与氧化剂发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和（或）发烟现象。但由于燃烧是一个包括热量传递、动量传递、质量传递和高速化学反应的综合物理化学过程，至今我们对燃烧的认识还不完善，一般将强烈放热和发光的快速化学反应过程都称为燃烧[ ]。
固体推进剂是一种含能材料，自身含有氧化剂和燃烧剂，能够在没有环境氧的参与下自持燃烧产生大量炽热气体[ , ]。固体推进剂的燃烧特点是反应只在反应区内进行，燃烧波的传播是化学反应区的能量通过热传导、辐射和对流及燃烧气态产物的扩散作用传给未反应的推进剂。固体推进剂的燃烧一般是有规律的，通常是逐层燃烧，即所谓平行层燃烧，然后燃烧波的传播速度相对较慢，一般为在每秒几毫米到数百米之间，其传播方向是与燃烧气态产物移动方向相反的[ ]。由于固体推进剂是多组分的混合物，燃烧过程存在着更为复杂的传热和传质的物理过程和激烈的化学反应过程[10]。
固体推进剂分为均质推进剂和异质推进剂两大类。当氧化剂和燃烧剂以化学均相预混形式组合时，称为均质推进剂，均质推进剂的主要成分是硝化纤文素和硝化甘油，故也称双基推进剂，它的微观结构均匀并具有单相性。双基推进剂作为简单的推进剂，被广泛的作为研究对象，得到了许多试验数据和理论模型。
当固体推进剂中的氧化剂和燃烧剂呈机械状态组合时，称为异质推进剂，异质推进剂微观结构不均匀并具有多相性，这种推进剂的主要成分是氧化剂(最常用的是过氯酸铵)和粘台剂(又作为期烧剂)。通常又把异质推进剂称为复合推进剂[9]。复合推进剂燃烧比均质双基推进剂的燃烧更为复杂。复合推进剂由晶体氧化剂(硝酸铵AN，过氯酸铵AP等)、燃料粘合剂(聚硫橡胶PS，聚氨酯PU等)及其它附加成分混合固化而成。国内外对火药的燃烧机理和理论进行了大量的研究，从各自的试验出发提出了各种各样的假说和燃烧理论。国外的有Summerfield粒状扩散火焰模型（GDP模型）、BDP多重火焰模型、小粒子集合模型（PEM）、Sammons的临界粒径模型等，国内的有“双区”稳态燃烧模型、复合多火焰燃烧模型、自由基裂解模型、神经网络模型等[ - ]。
1.3 激光辐射下固体推进剂燃烧性能及理论模型的发展
用高功率CO2激光器照射时发现热辐射下固体推进剂的燃烧是包括许多物理化学变化的复杂过程。40年来人们一直试图利用激光器研究固体推进剂的燃烧特性，并且建立了相应的理论模型和分析方法[ - ]。
在推进剂燃烧研究的最开始，大约50年前，人们把外辐射下固体推进剂的燃烧过程看做和其他已研究过的推进剂相似的一个简单的内部传热过程，普遍认为在被照射的推进剂表面附近处当形成足够厚的热层，加热到足够高的温度后导致点火。
日本九州学院的Akira Kakami和Takeshi Tachibana一直从事用于微推力器的激光支持燃烧方面的研究[ - ]。利用激光二极管照射贫氧推进剂，验证燃烧的可控性，测量了在环境压力为30kpa到200kpa下，激光功率密度最高为2.1W•mm-2时HTPB/AP复合固体推进剂的燃速，认为激光支持燃烧是可以用于微小卫星的太空推进领域，贫氧推进剂燃烧时，传给燃面的能量中，70%是由燃烧产生的化学能提供，剩余30%的是由激光提供，激光作为辅助热通量来补充燃烧所需的热量不足，从而支持燃烧的顺利进行。在理论分析方面，得到如下结论：
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