在固體火箭發(fā)動機的工作過程中， 燃燒室內(nèi)的燃氣壓強有可能隨時間發(fā)生很大的改變。例如， 工作時間極短的高燃速推進劑發(fā)動機、 推力比值較大的單室雙推力發(fā)動機的推力過渡階段， 以及火箭發(fā)動機的點火和停車熄火階段等。 當燃燒室燃氣壓強隨時間的變化率dp／dt很大時， 裝藥的瞬態(tài)燃燒過程與穩(wěn)定燃燒過程有所不同， 其瞬態(tài)燃速與瞬態(tài)壓強下對應的靜態(tài)燃速有顯著差別。

在裝藥燃燒過程中， 由氣相傳遞給裝藥表面的熱反饋與氣相和固相的溫度分布有關。 當燃燒室內(nèi)燃氣壓強發(fā)生快速變化時， 通常認為氣相反應區(qū)中的所有過程仍可看成準穩(wěn)態(tài)的，即無論壓強變化多快， 氣相中的反應速度、 高溫反應區(qū)位置以及溫度分布都能隨之進行調整。 但是， 裝藥的固相溫度分布調整到壓強變化后的穩(wěn)態(tài)溫度分布所需的時間要遠遠大于氣相溫度分布調整的時間， 這表明固相溫度分布的調整速率總是滯后于壓強變化率。 因此， 可以通過固相溫度分布的調整特性來說明瞬態(tài)燃速的形成機理。

圖3－32 不同壓強下固相靜態(tài)溫度分布

設推進劑在穩(wěn)態(tài)壓強p A下燃燒，燃面附近固相內(nèi)的穩(wěn)態(tài)溫度分布曲線如圖3-32中的i A所示。當壓強由p A迅速升高到p B時，如果有足夠的時間，則可以在固相內(nèi)建立穩(wěn)態(tài)溫度分布曲線i B， 該曲線在燃面處具有更陡的溫度分布， 且在相當大區(qū)域內(nèi)低于曲線i A。 注意， 為了便于比較溫度分布， 圖中按瞬態(tài)燃速對曲線i B進行了平移， 使瞬時燃面的位置始終保持不變。 因為遠離燃面的推進劑內(nèi)部溫度變化響應較慢， 溫度變化跟不上壓強變化， 以至于在燃面退移中， 穩(wěn)態(tài)溫度分布曲線i B有可能來不及建立， 導致裝藥燃燒仍然在溫度分布i A下進行。由于對應于i A的固相加熱區(qū)更厚， 儲存的熱能更多， 因而表現(xiàn)出較高的瞬態(tài)燃速。

瞬態(tài)燃速較高意味著燃氣必須以更快的垂直速度離開燃面， 這是與上述預熱效應相反的“吹離” 作用， 其效果是使氣相反應區(qū)變厚。 對于擴散燃燒， 吹離效應改變了組分的橫向混合； 而對于預混燃燒， 吹離效應則使火焰區(qū)擴展到更大。 另外， 燃氣的垂直吹離速度取決于當?shù)氐拿芏龋?而密度又取決于壓強， 壓強增大密度也增大， 吹離速度則減小。 所以， 燃氣的吹離速度取決于瞬態(tài)燃速和燃氣密度兩者影響的相對大小， 并決定了火焰區(qū)是遠離還是靠近燃燒表面。 火焰區(qū)位置的變化必然影響對裝藥表面固相的熱反饋， 使瞬態(tài)燃速發(fā)生相應的改變。

應該指出的是， 固體推進劑的瞬態(tài)燃燒是非常復雜的現(xiàn)象， 以上描述僅僅是粗糙的定性解釋。 針對瞬態(tài)燃燒， 已經(jīng)進行了大量的實驗與理論工作， 并提出了很多瞬態(tài)燃燒模型， 這些模型大體上可以分成非穩(wěn)態(tài)火焰模型和準穩(wěn)態(tài)火焰模型兩大類， 其中有些還可以導出瞬態(tài)燃速表達式。 例如， 基于dp／dt模型的瞬態(tài)燃速表達式為

式中， 為瞬態(tài)燃速； 0為瞬態(tài)壓強p對應的靜態(tài)燃速，與dp／dt無關；φ為與瞬態(tài)壓強、推進劑燃燒特性有關的修正系數(shù)，由實驗確定，一般可取φ＝1～2；ap為推進劑熱擴散系數(shù)， 其定義見式 （3-4）。

由式 （3-43） 可以看出， 固體推進劑的瞬態(tài)燃速是由壓強及其時間變化率共同決定的， 瞬態(tài)燃速相對于靜態(tài)燃速的改變量取決于｜ dp／dt｜ 的大小。 過大的快速降壓可使瞬態(tài)燃速減小到零， 導致熄火； 而過大的快速升壓則可使燃速激增， 導致更大的壓強急升， 甚至使發(fā)動機爆炸。 因此， 必須預估壓強快速變化時的瞬態(tài)燃速。