铝基固体推进剂是固体火箭发动机中的主要燃料。将金属燃料铝加入到固体推进剂中,不仅可以提高推进剂的比冲和爆热,还可以抑制发动机内的不稳定燃烧。为了充分了解金属燃料铝及铝基固体推进剂的燃烧过程与燃烧机理,掌握不同因素对其燃烧的影响规律,结合实验测试和理论分析,开展了铝及铝基固体推进剂的能量释放特性的研究工作,为固体推进剂的工程应用提供理论依据。首先利用多种理化特性测试手段,对微米级铝颗粒和铝基固体推进剂的理化特性进行测试,掌握了不同样品形态和组成之间的差异。通过热分析试验获得了不同样品的热氧化特性和动力学参数,发现随着样品粒径的减小,样品的活化能降低,起始反应温度降低,热氧化程度加深。在氧化过程中,铝颗粒的氧化层由无定型氧化铝经过γ-Al₂O₃向α-Al₂O₃转变,氧化层厚度由3.96 nm增长到320.15 nm。通过激光点火试验系统对推进剂中常用的三种铝颗粒进行了点火试验,结果发现样品粒径越小,光谱强度越大,能量释放越多。随着气氛氧化性的增强,点火延迟时间逐渐减小,燃烧温度和燃烧强度也随之增大。随着压力的升高,样品的最大燃烧温度和升温速率均逐渐增大。使用动态燃烧试验系统,对流动状态下三种铝颗粒在不同气氛和不同颗粒浓度条件下的燃烧和团聚特性进行研究。结果表明,粒径的减小、颗粒浓度的增大以及气氛氧化性的增强,可以提高铝颗粒的动态燃烧能量释放特性,燃尽率也随之提高,但团聚现象也更加明显。通过热分析掌握了三元固体推进剂的热分解特性。在点火试验中,随着压力的增加,氧化性气氛释放速率加快,使得点火延迟时间缩短、燃速增加,最大燃烧温度上升。通过对凝相产物进行离线分析,发现了小粒径氧化铝烟雾、氧化铝球壳和大粒径团聚体三种不同形态的凝相产物。根据铝颗粒的扩散反应机制,建立了铝颗粒由室温到点火时包含传热和化学反应过程的物理和数学模型,最后通过Matlab和Chemkin数值计算,获得了不同粒径、初始温度和压力对铝颗粒样品的点火延迟时间的影响规律。同时获得了气相反应过程中不同中间产物的形成和转化关系。通过模型计算,获得的点火延迟时间结果与国外权威实验数据和模型进行对比,精确度大大提高。综上所述,通过系统地研究铝颗粒及铝基固体推进剂的能量释放特性及影响规律,为工程应用提供了必要的数据和理论支持。