混合推进技术结合了固体推进技术和液体推进技术的特点,将燃料和氧化剂分别贮于不同的状态,具有安全性高、开／关机和推力调节方便、可靠性高等优点。然而,混合推进技术的发展受到燃料退移率低的制约,国外对提高燃料的退移率的方法和途径做了大量的研究：国内针对混合推进用燃料的研究较少。有必要建立相应的燃料燃烧性能测试系统,开展燃料的燃烧性能研究,寻求提高燃料退移率的新途径。本文设计建立了用于燃料燃烧性能测试的高速摄影法测试系统,系统包括激光点火系统、氧气喷注系统、光学测试系统、压强控制系统、燃烧室移动支架和燃烧室腔体。设计的燃料燃烧性能测试系统可开展不同氧化剂／固体燃料组合的燃烧性能测试实验,实验压强范围为0.1MPa～2.5MPa(更换K9透镜,压强最高可至20 MPa)。系统设计的氧化剂喷注器更换简单,可方便地开展燃料在不同进气方式下的燃烧性能测试实验。由压力传感器,多路控制器和快速响应电磁阀组成的压强控制系统确保燃料燃烧时燃烧室的压强在目标压强的±6%内波动。燃料退移端面呈圆形,退移端面直径随时间的推移逐渐增大,二者之间满足幂函数关系。分析推导了燃料的退移速率、氧燃比、质量消耗率与时间和氧化剂质量密流的关系,得到了适用于本测试系统的数据处理方法。HTPB基础燃料基本组分确定为HTPB、DOA、IPDI和TIN,它们在燃料中所占的质量比例分别为78.86%,13.04%,7.67%和0.43%,固化参数为1.04。在真空环境中边搅拌边超声的方法制备的燃料孔隙率低于1%,燃料中的微米金属粉分布均匀无团聚。开展了C02激光辐射下HTPB基燃料在0.1 MPa和1.0 MPa下的点火特性实验。在激光功率密度为50 W/cm2-200 W/cm2时,HTPB基燃料的点火延迟时间随着激光功率密度的增加而缩短。燃料的点火延迟时间(ti)与激光功率密度(q)满足ti= Aq-n的关系；所有燃料在0.1 MPa和1.0 MPa下的点火延迟时间与激光功率密度的关系根据前式拟合的拟合参数n都接近于1.0,而A值却相差较大；当压强从0.1 MPa增加至1.0 MPa时,HTPB燃料、添加有Mg的HTPB燃料和添加有MgB的HTPB燃料的点火延迟时间被缩减了一半。高速摄影记录的燃料点火过程表明,点火火焰与固相燃料间的距离随着压强的增大而减小,而激光辐射下产生的燃料蒸汽浓度随着压强的增大而增大,这些都是燃料的点火延迟时间随着压强的升高而急剧缩短的原因。利用燃料燃烧性能测试系统测试了气态氧气作氧化剂时(初始氧化剂质量密流为380kg/(m2·s)),燃料在1.0 MPa和1.9 MPa下的燃烧特性。1.0 MPa下,HTPB燃料的退移率(rf)与氧化剂质量密流(Gox)的关系利用式rf(t)＝aGoxn(t)拟合的拟合指数(n)为0.724±0.003,与文献报道值接近,说明该测试系统测试结果是可靠的。添加的三种金属颗粒对HTPB燃料的退移率和质量消耗率均有一定的促进作用,而且这种促进作用随着氧化剂质量密流的增加而增加。较高的火焰温度和较大的密度使am_Al对HTPB燃料的退移率和质量消耗率的促进作用都优于其它两种金属粉,在氧化剂质量密流为300 kg/(m2·s)时,其质量消耗率相对于不含添加材料的HTPB燃料增加了83.2%；MgB对燃料的退移率的促进作用要弱于微米Mg粉。利用NASA-CEA程序计算了几种燃料在不同氧化剂/燃料质量比(O/F)下的理想化学推进性能。计算结果表明,在1.0<O/F<6.5时,HTPB燃料、添加有Mg的HTPB燃料、添加有MgB的HTPB燃料和添加有am_Al的HTPB燃料的真空比冲分别在O/F为2.3、1.9、2.3和1.9处达到最大值。理论计算表明,添加的三种微米金属粉将HTPB燃料的真空比冲降低了不到1%,但是am_Al和Mg的加入将HTPB燃料的体积比冲提高了5%。添加有am_Al的HTPB燃料的绝热火焰温度高于其它三种燃料,其在发动机喷口处凝聚相产物含量为6.773g.hg。