几十年来，铝粉因其作为金属燃料的作用而被广泛用作推进剂配方中的添加剂，这有助于改善能量释放特性[1,2]。因此，铝颗粒的燃烧机制和能量释放过程已经得到了深入研究[[3], [4], [5], [6], [7]]。作为复合推进剂的关键成分，铝的燃烧显著影响燃烧室的稳定性。一方面，铝的燃烧会在燃烧室内产生氧化铝（Al?O?）凝相，通过两相流相互作用来抑制颗粒运动[[8], [9], [10]]。另一方面，在振荡条件下，非稳态燃烧行为可能导致热释放率（HRR）的波动与声学模式之间的热声耦合，可能成为燃烧不稳定性的驱动机制[[11], [12], [13]]。
关于铝燃烧的研究始于20世纪60年代[14]。Friedman和Macek使用平焰燃烧器率先分析了铝颗粒在一氧化碳和丙烷火焰中的点火和燃烧特性。他们的研究表明，铝的燃烧受扩散控制机制的支配，类似于碳氢化合物滴体的燃烧。此外，他们观察到燃烧过程中火焰结构的几何不对称性，并提出这种现象可能是由于颗粒表面氧化物沉积物的凝结所致。Davis[15]通过实验确认了扩散控制机制的主导地位，观察到火焰前沿远远超出颗粒半径。Glassman等人提出了铝燃烧与滴体燃烧之间的相似性，建议将d2定律应用于金属颗粒燃烧[16]。他们进一步提出了一个简化的金属颗粒燃烧模型，对后续研究产生了深远影响。光学诊断技术（如激光诊断）的进步加深了对铝燃烧过程的理解。例如，研究表明，亚微米级铝颗粒在颗粒尺寸减小时从扩散控制燃烧转变为动力学限制燃烧。同时，燃烧建模也取得了显著进展，例如Bojok的一维铝颗粒燃烧模型[17]，该模型考虑了外部反应环境和详细的反应路径。
然而，铝颗粒在非稳态条件下的燃烧行为仍不完全清楚。尽管Gallier等人[18,19]对铝粉在发动机不稳定性场景中引起的分布式燃烧增益建立了基础性认识，并通过实验证实了其破坏性效应，但他们的建模框架仍存在局限性。目前铝颗粒的非稳态燃烧模型主要基于对滴体燃烧理论的简化改编，并进行了Sherwood数修正，但忽略了氧化物帽的形成以及燃烧行为对振荡频率的依赖性等关键因素。先前的液体滴体研究表明，铝颗粒对声波的燃烧响应具有频率依赖性，这表明铝颗粒燃烧也可能具有类似的频率敏感性[20]。同时，振幅对铝颗粒燃烧的影响非常复杂。如参考文献[20]所观察到的，燃烧火焰的波动幅度并不随振幅的增加而线性增加；相反，它呈现出一定程度的减小。因此，实验研究铝颗粒燃烧对不同频率和振幅的声波响应至关重要。
总之，现有研究为非稳态条件下的铝燃烧提供了基础性理解。尽管研究证实非稳态铝燃烧在驱动燃烧不稳定性中起着关键作用，但铝颗粒对声学扰动的频率依赖性响应特性仍不够清楚。缺乏结论性的实验数据和准确的燃烧模型。这些响应特性最终决定了发动机中不稳定性的发生倾向，以及压力振荡的幅度和频率。因此，采用诊断方法研究不同频率和振幅下的铝颗粒燃烧对于阐明推进系统中的非稳态铝燃烧机制至关重要。此外，开发明确包含这些声学-燃烧响应动态的先进非稳态燃烧模型对于揭示固体火箭发动机（SRMs）中分布式燃烧增益驱动不稳定性的物理机制至关重要。
为了解决这个问题，本研究建立了一个基于扬声器和函数发生器的声学扰动燃烧实验系统，用于研究推进剂中铝颗粒在振荡条件下的燃烧行为。该系统进一步与模拟极端发动机环境的高压燃烧器集成，从而能够获取真实的振荡燃烧行为。通过该系统进行了实验，以表征铝颗粒对声学频率和振幅调制对燃烧行为的响应动态。实验数据用于建立量化声波对铝燃烧频率依赖性效应的经验相关性。这种相关性被纳入新开发的非稳态铝燃烧模型中。最后，该模型被应用于模拟两种实验场景下的铝颗粒非稳态燃烧，结果通过实验数据进行了验证。通过研究铝颗粒的非稳态燃烧特性，本研究加深了对SRMs中不稳定性现象的机制理解，并为预测性燃烧模型的发展奠定了基础。
