微管内火药燃烧气固两相流场测试与分析(2)

菜单

2.1.2 药剂制备工艺 6

2.1.3 药剂注装工艺 11

2.2 微管燃烧测试 12

2.2.1 实验仪器与设备 12

2.2.2 测试原理和方法 14

3 实验数据处理 17

3.1 微尺度燃烧速度数据处理 17

3.2 微尺度燃烧热成像温度数据处理 21

4 实验结果与分析 23

4.1 微尺度燃烧速度 23

4.1.1 石英管壁厚对燃速的影响 23

4.1.2 石英管内径对燃速的影响 26

4.1.3 小结 30

4.2 石英管管壁温度分布 31

4.2.1 石英管温度分布 31

4.2.2 不同内径石英管管壁温度 34

4.2.2 小结 37

结论 38

致谢 39

参考文献 40

1 引言

1．1 论文研究的背景和意义

微机电系统是在微电子技术的基础上产生和发展起来的多学科交叉的前沿科学研究领域。

美国在1987年举行的IEEE Micro-robots and Teleoperators 研讨会的主题报告标题为small machines, large opportunities,首次提出了微机电系统（Micro Electro-mechanical System , MEMS）一词，从此微机电系统的研究开始发展[1]。美国在该领域标志性的研究成就是加州大学伯克利分校用硅片刻蚀工艺开发出静电直线微电机和旋转微电机，引起了世界极大的轰动，对微机电系统的研究产生了很大的鼓舞。

随着微细加工技术的日趋成熟和发展，微机电系统和微流动系统的迅速发展，在能量转换、热控制以及高效换热器、推进器等方面，微尺度燃烧研究前进发展，微尺度流动和传热问题显得非常突出和重要，因为此时任何一个物理化学变化过程都是发生在微小的几何结构中。研究方向逐渐从大尺度范围内的宏观器件和常规器件转向小尺度的微观现象和微型器件上，尤其是MEMS技术应用于微卫星推进系统[2]，传统的推进系统体积和质量都很大，不适合用于微型卫星，所以对微推进系统提出了越来越迫切的要求。目前微型推进系统有电推进系统和微化学推进系统[3]。

这种微化学推进系统是通过将推进剂燃烧放热转化成推力，是将化学能转化成机械能，目前最新的MEMS化学微推进系统是数字式微推进阵列，将寻址电路、点火装置、燃烧室、微喷嘴集成到一块芯片上。这类微推进系统多采用固体推进剂。化学推进系统电功能耗很低，并且可以产生小的、精确的推力，各单元可以单独工作也可以组合工作，推力可调，多片组合使用还可以实现矢量控制[4]。可以用于微型卫星的轨道、姿态控制调整。这类化学微推进系统通常是三层结构，如图1.1所示：

MEMS 固体化学推进阵列结构图

图1.1 MEMS 固体化学推进阵列结构图

在这类固体化学微推进系统里微燃烧器的尺寸一般在毫米、亚毫米级，随着尺寸的减少，一些在宏观下可以忽略的因素变得尤为重要，而且使得一些在宏观条件下的规律和机理变得不适用，所以微尺度下燃烧特性及机理都需要重新认识。微尺度燃烧的特性及机理是微燃烧器发展和应用的基础，也是影响微燃烧器结构和性能的关键问题之一，需要更多的研究和探索。