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  • 书名 火炸药燃烧热化学:第3版
  • 书号 978-7-118-11872-8
  • 作者 (日)久保田浪之介
  • 出版时间 2019年9月
  • 译者 徐司雨
  • 版次 1版1次
  • 开本 16
  • 装帧 精装
  • 出版基金 装备科技译著出版基金
  • 页数 464
  • 字数 578
  • 中图分类 TQ56
  • 丛书名
  • 定价

由含能材料组成的火药和炸药在燃烧时可产生高温高压。这一燃烧现象包括从固态到液态或气态的复杂的物理化学变化,并伴随有快速的放热反应。关于燃烧方面的书已出版过不少,例如在1985年由纽约Benjamin/Cummings出版的FAWilliams著作《燃烧理论》第2版,就是一本优秀的理论性书籍;又如1977年纽约科学出版社出版的由IGlassman所写的《燃烧》一书,是一本适合于研究生的参考书。但是迄今为止还没有一本关于固态含能材料燃烧方面的参考书出版。因此本书试图为从事火箭推进和炸药行业的读者提供一本在含能材料燃烧方面的介绍性教科书。 本书分为四个部分。第一部分(第1~3章)主要对化学能转化为燃气热能的基础知识作简单的回顾。附在每章后的参考文献可帮助读者更好地理解能量转化过程的物理基础,如热量生成、超声速流动、冲击波、爆轰和爆燃。第二部分(第4章)列举了一些用于火药和炸药中的化学物质的能量性能,如生成焓、爆热、绝热火焰温度和比冲。 第三部分(第5~8章)主要介绍不同类型的化合物、火药和炸药的燃速测试结果。根据对燃烧机理的理解,也讨论了从气相到凝聚相的热反馈过程和燃烧波结构。列举在本章中的数据主要来源于作者以前所做的实验和分析结果。但本书并没有对固相到液相或气相的热分解机理作详细介绍。第四部分(第9章)主要描述火箭发动机工作过程中可能遇到的一些现象,如火箭发动机的稳定性准则、温度的敏感性、瞬态点火、烧蚀和振荡燃烧等。对变流量冲压火箭的基本原理也作了介绍。对用于冲压火箭的气体发生剂(即富燃料推进剂)的燃烧特性和能量进行了讨论。 目前,多种含能材料已应用于火炸药中,但我们不可能对每种含能材料的燃烧过程都给予全面介绍。本书仅介绍了典型晶态含能材料、聚合物以及各类推进剂的燃烧过程,以便为读者理解燃烧机理提供一种通用的方法。 描述火炸药燃烧现象的基础即燃烧动力学,其主要关注的是可产生热和反应产物的热化学转变过程。火炸药燃烧产生的高温燃烧产物可形成推力、破坏力以及各种不同类型的机械力。与火炸药类似,烟火剂发生燃烧反应时主要产生高温的凝聚相和(或)气相燃烧产物。火药主要用于火箭发动机和枪炮武器中,并通过发生爆燃而产生推力,而烟火药主要用于与烟火有关的体系中,如冲压发动机、气体混合发动机以及点火器和照明弹中。第2版增加了烟火剂的热化学过程,以介绍其在火药和炸药中的潜在应用。 火药、炸药与烟火剂的燃烧特性主要取决于其不同的物理化学性能参数,如能量性能、氧/燃比、氧化剂的粒径和燃料组分的分解过程。虽然金属粉已作为火炸药中的高能燃烧组分以及烟火药中的重要组分使用,但其与氧化剂发生的氧化和燃烧过程仍然非常复杂,对该过程的机理研究也非常困难。 与第1版相同,第2版的第一部分主要介绍燃烧动力学基础,即主要介绍含能材料的燃烧基础。第二部分主要介绍含能材料的应用,即火药、炸药和烟火剂。同时还详细介绍和讨论了火箭发动机燃烧时可产生的瞬态燃烧、振荡燃烧、点火瞬间以及侵蚀燃烧现象。冲压发动机是一种新型的推进系统,其使用烟火剂后燃烧性能明显增强。 推进剂燃烧表面处通过边界层流动的传热、传质过程在火箭发动机的有效控制中起主要作用。在冲压发动机入口处形成激波是实现冲压发动机高推进性能的重要过程,因此在附录B~D中主要介绍了空气动力学和热传递方面的基础知识,以作为研究燃烧动力学的基础。 与第1版和第2版类似,第3版主要还是介绍火炸药燃烧过程中最基本的一些内容。虽然这一版与第2版的章节设置基本相同,但该版在相应章节增加了一些与燃烧现象有关的更为有指导意义的说明和相应的实验数据,而且这一版还增加了一些火炸药实际应用中涉及的燃烧数据,而这些数据的获得则需要一些火炸药有关的更为先进的科技知识。 本书在第4章中,对常见含能材料的化学制备过程进行了详细阐述。在第6章中,对硝基聚合物常见的平台燃烧现象进行了详尽的论述以方便构建更为真实的燃烧模型。同时在第6章也对火箭发动机排气的烟焰特性进行了更为详尽的阐述。由晶态高氯酸铵(AP)颗粒和碳氢类高聚物组成的复合推进剂是目前应用最广泛的一类推进剂,这主要由于该类推进剂具有较高的能量,同时还具有很好的物理化学稳定性,但是AP类复合推进剂燃烧时会产生大量的氯化氢气体,而该气体由发动机喷管排出后会与空气中的水蒸气反应形成对环境有很大危害作用的盐酸,因此在第12章中重点介绍了一些燃气清洁的新型推进,即绿色推进剂。绿色推进剂主要由一些不含AP的新型含能材料组成,其物理化学性能目前也可满足实际应用的需要。 在第14章中介绍了一些脉冲式火箭发动机的设计概念。采用一级固体火箭发动机的导弹,在飞行总射程的后段是无动力飞行的,发动机关机时,导弹速度越高,射程越大。然而,导弹的阻力与飞行速度的平方成正比,在速度达到最大后阻力很大,无动力飞行时导弹必然很快减速,以致在弹道的末端难以再进行较大的机动。如果采用多级发动机分离的形式,无疑又增大了导弹武器的复杂程度,降低了可靠性。在固体发动机上实现多次点火,把原有的连续推力分配成多段,并控制各段推力的大小、持续时间和时间间隔,可显著改善固体发动机能量可控性差的缺点,极大地提高导弹武器的性能。采用多次点火技术的固体发动机即脉冲固体火箭发动机。脉冲固体火箭发动机通常由两个分离的燃烧室(助推燃烧室和续航燃烧室)和一个发动机喷管组成。助推燃烧室和续航燃烧室内推进剂的点火时间间隔通过精确控制以获得最优的飞行轨迹。 在此作者特别感谢曾经工作过的防卫厅第三研究中心的各位同事,以及Asahi化学公司、NOF公司、Daicel公司和Nissan发动机公司的各位工程技术研究人员,感谢他们在不同推进剂燃速数据方面所提供的巨大帮助。在我所从事的火箭冲压发动机项目研究中,许多有价值的空气动力学数据和燃烧数据均来自于IHI宇航公司,对此作者也深表感谢。作者还特别感谢在普林斯顿大学期间的导师M Summerfield教授以及LHCaveny和TJOhlemiller博士,感谢他们在平台双基推进剂燃烧机理研究方面所提供的特别有价值的讨论与建议。

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