固液火箭发动机因具有低成本、高安全性和可靠性、灵活的能量管理和多次启动等优良特性，越来越受到国内外航天推进专家的重视。由于氧化剂和燃料的燃烧方式不同，固液火箭发动机工作过程和液体火箭发动机及固体火箭发动机有很大的区别。本文结合85％H₂O₂—PE固液火箭发动机试验，从以下几个方面比较系统地研究了固液火箭发动机的工作过程： 1．设计和建造了85％H₂O₂—PE固液火箭试验发动机和挤压式固液火箭发动机试验系统，并成功地进行了点火和再启动。 2．研究了85％过氧化氢氧化剂的催化分解性能、PE燃料的热解性能以及过氧化氢和PE燃料组合的能量特性。设计和加工了镀银镍丝催化室。通过大量的过氧化氢催化分解试验，确定了催化网的添加剂配方和处理工艺。过氧化氢和PE燃料组合的能量研究表明：发动机的比冲和特征速度与配比密切相关，与燃烧室压强关系不大。发动机理论最佳配比为8.1。提高过氧化氢浓度或在燃料中添加铝粉可以降低最佳配比，并提高发动机的比冲。 3．建立了PE燃料的熔化、热解、导热模型，应用动坐标系，结合燃料表面热环境，对具有液体层的PE燃料的熔化、热解和内部瞬态导热过程进行了模拟计算，计算的PE燃料退移速率与国外同类试验的测量结果符合较好。研究结果表明：对流热流是引起燃料热解气化的主要因素，PE熔化产生的液体层提高了燃料热解退移速率，但液体层厚度增加到一定程度时，对发动机工作稳定性有负面影响。 4．研究了85％H₂O₂—PE固液火箭发动机内部的燃烧与流动问题。采用PISO算法模拟了冷流状态下发动机的内流场和各种气体组分的相互掺混过程。建立了发动机内氧化剂气体和燃料热解气体的燃烧模型，并对不同配比条件和不同燃烧室结构的燃烧反应流进行了计算。计算结果分析表明：发动机在富燃状态下平均燃烧温度偏低，在接近理想配比的富氧状态下平均燃烧温度有所提高；加长补燃室可以大幅度提高发动机的平均燃烧温度，并促进氧化剂气体和热解气体的充分燃烧；燃烧室头部的富燃回流区对发动机的燃烧非常重要，去掉燃烧室头部突扩段后，氧化剂气体和燃料热解气体不能充分燃烧，发动机的平均燃烧温度大幅下降。 5．研究了管型药柱的85％H₂O₂-PE固液火箭发动机的内弹道性能和节流特性，分析了两台发动机的试验结果。研究结果表明：压强、推力和燃料退移速率随发动机工作时间增加而降低，氧化剂和燃料的配比升高；节 流时，发动机比冲降低。通过对两台发动机试验结果的分析，找出了试 验中氧化剂流量偏高、燃料退移速率和发动机性能偏低的原因，并提出 了具体的改进措施。 6．研究了85％HZOZ—PE固液火箭发动机的低频振荡燃烧现象。采用快速傅 立叶变换方法进行了试验发动机的压强振荡曲线频谱分析。确定了固液 火箭发动机燃烧过程的主要时滞为过氧化氢催化分解时滞，建立了氧化 剂供给系统与燃烧室耦合振荡燃烧模型，并利用静态分析方法研究了耦 合振荡产生的原因。利用一维耦合振荡模型模拟了不同工作条件下发动 机的低频耦合振荡燃烧。发现氧化剂的喷射压降大，发动机不易发生振 荡；反之，则易于振荡。另外，发动机振荡频率与过氧化氢催化分解时 滞有关。应用扰动分析确立了固液火箭发动机的稳定工作界限。