烟火药的燃烧属于多组分非均相离散颗粒群的耦合燃烧,且点火燃烧过程是许多吸热、放热化学过程及传热传质物理过程的综合,燃烧特性又最终影响它的输出特性,而烟火药燃烧理论研究的不足将是制约烟火技术发展的一个重要因素。本文围绕金属-碳氟化物烟火药复杂燃烧理论研究问题,以Mg/PTFE基烟火药为对象,采用实验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法对Mg/PTFE基烟火药的点火机理和燃烧辐射特性进行了系统研究,揭示了烟火药固相反应机理及点火规律变化,并基于燃烧数值仿真,验证了辐射机理特性。本文研究成果可为Mg/PTFE基烟火药安全性和可靠性分析提供一定实验和理论依据,且对金属-碳氟化物烟火药的研发设计具有指导意义。论文主要研究工作及结果如下:(1)采用热分析方法设计并开展了 Mg/PTFE基烟火药的热分解实验研究,揭示了不同环境气氛中的固相反应机理及影响规律,验证了中间反应理论的结果,通过计算反应动力学参数,获得了烟火药在空气环境中的固相反应活化能为194kJ/mol,并将实验结果及参数运用于后续章节的数值计算;(2)利用CO2激光器对Mg/PTFE烟火药的点火过程进行了测试,观察了点火瞬态过程,并用红外测温仪对药柱表面温度进行采集,研究了点火过程温度变化及点火延迟影响。依据药柱表面测温变化,可将烟火药燃烧过程分为三个阶段:点火阶段、过渡段和稳定燃烧段。其中,点火温度约为688℃,点火过渡段中,激光功率密度对表面测温的影响与材料粒径有关,而点火延迟则随激光功率密度的高低,显示不同影响规律。此外,点火延迟随药剂质量比呈“先下降后上升”趋势,且存在最佳Mg/PTFE配比55/45,使点火延迟达到最小值;(3)基于激光点火试验与热点火理论,建立了 Mg/PTFE烟火药的一维和二维固相点火模型,并利用实验获取的点火参数,对Mg/PTFE烟火药的激光点火过程进行了数值计算,在此基础上,通过与实验结果的对比,验证了模型的可靠性,分析了物性参量对点火延迟的影响,并预测了点火过程温度特性,进而为深入理解烟火药点火机理及规律奠定实验与理论基础;(4)利用光谱分析方法对Mg/PTFE基烟火药的燃烧过程进行了测试,计算了燃烧火焰温度和红外辐射强度,探讨了烟火药燃烧、辐射机理及其影响因素。依据实验发现,细粒径以及氟橡胶的添加有利于提高燃速与燃烧火焰温度,而辐射强度I3-5μm的上升则源于较高燃速的贡献,其中最大辐射强度出现在质量比约为60/40;(5)通过采用燃烧机理分析、流体燃烧计算的方法,对Mg/PTFE烟火药的气相稳态燃烧过程进行模拟计算,考虑了质量配比、进口气流速率对烟火药燃烧温度场、速度、组分分布特性的影响,总结了燃烧规律与辐射机理。依据模型计算结果可知,无氧核心区中,Mg的消耗主要通过与CF2的氟化反应,同时生成的产物C迅速转化为C2,从而导致核心区内C的实际含量十分有限;随着空气中的O2逐渐扩散进入核心区表面,并参与C的氧化反应,大量C2开始逆转化为C,使C的生成量迅速提高。燃烧计算面中,C的实际摩尔数相对较少,且随质量比处于下降趋势,而MgO急剧上升,因此,在富燃配比中考虑辐射组分时,其主要输出则是MgO;(6)基于气相燃烧仿真结果与相关理论模型,建立了考虑辐射区域面积、燃烧火焰温度以及发射率等因素的烟火药辐射强度计算方法,其结果验证了实验规律变化,分析了辐射影响因素。