含硝酸酯螺压推进剂装药贮存性能评估研究

为得到含硝酸酯螺压推进剂装药在自然贮存过程中性能变化规律,对贮存于某库房(贮存温度–10～35℃,相对湿度≤85%)12年的装药进行了系统性能测试与研究。结果表明,推进剂药柱的药形尺寸、理化性能、化学安定性、内部质量、力学性能、燃速及感度等性能未发生明显变化,装药的内弹道性能略有降低,但满足技术要求,表明该装药使用寿命至少能达12年。     

铝粉含量对CL-20/Al-CMDB推进剂燃速的影响

为了研究铝粉含量对含CL-20改性双基推进剂燃烧性能的影响,采用静态燃速仪测试了CL-20/Al-CMDB推进剂的燃速,拟合了燃速公式并分析了CL-20/Al-CMDB推进剂的燃烧过程及铝粉对燃速的影响。结果表明,6~10MPa下推进剂的燃速与铝粉含量的平方(w~2_(Al))呈相互平行线性关系,10~16MPa下速率常数(k)在一条直线上,说明CL-20/Al-CMDB推进剂的燃烧反应速度仅与Al的含量有关;进一步分析燃烧表面暗区Al表面积大小对推进剂燃速的影响,发现4~11.5MPa时Al在暗区吸热导致燃速下降,11.5~16MPa下Al在火焰区燃烧产生的热量对暗区的热反馈抵消了其吸收的热量,使燃速增加;Al在燃烧表面的吸热过程对燃速的影响因素定义为Al的惰性热稀释。     

微气体延期药柱燃烧传播与装药密度的关系

采用分次、定量、定压装填微气体单芯延期体,测定压药压强与装药密度以及装药密度与燃速及燃速相对极差的关系。得出在压药压强为50-650 MPa范围内,对应装药密度变化为2.73-3.51 g/cm,同一压强下密度波动小;在密度为2.73-3.51 g/cm3时,对应燃速变化为8.9-17.1cm/s,燃速相对极差变化为49%-3.6%。在装药密度≤3.1 g/cm3时,燃速相对极差随密度变化较快,装药密度>3.1 g/cm3时,燃速相对极差随密度增加趋于稳定,最高精度达3.6%。在装药密度较低时,如<2.85 g/cm3,对应压药压强<100 MPa,燃速散布较大,延期精度低。     

纳米镍粉对Al-CMDB和CL-20-CMDB推进剂燃烧性能的影响

为了研究粒径为50nm的纳米镍粉(nano-Ni)对含Al改性双基(Al-CMDB)推进剂、含六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)改性双基(CL-20-CMDB)推进剂燃烧性能的影响,通过吸收-压延的方法制备了推进剂样品,用靶线法测试了推进剂的燃速,并计算了压强指数。通过电镜扫描、火焰照片、燃烧波、熄火表面形貌及元素分析和DSC分析了纳米镍粉对Al-CMDB推进剂燃烧性能影响的原因。结果表明,在Al-CMDB推进剂中加入nano-Ni可大幅度提高推进剂燃速,降低推进剂的压强指数;当加入质量分数0.7%的nano-Ni时推进剂10MPa的燃速达到35.59mm/s,8~20MPa压强指数从0.43降低至0.17,15~20MPa出现麦撒效应。在CL-20-CMDB推进剂中加入质量分数0.5%的nano-Ni能明显提高推进剂的中低压(4~10MPa)燃速,8~20MPa压强指数约为0.01,15~20MPa出现麦撒效应。     

CL-20基交联改性双基推进剂的燃烧性能

设计了以CL-20、HMX、RDX及其混合物为氧化剂的XLDB推进剂,研究了其燃烧性能。结果表明,用CL-20替代XLDB推进剂中的HMX、RDX可大幅提高其燃速,压强指数略有提高。5～20MPa的压强指数为0.48。用CL-20替代50%(质量分数)HMX、RDX后,推进剂的燃速变化趋势不同。在低于12MPa时,CL-20/HMX-XLDB推进剂的燃速低于HMX-XLDB推进剂,且在5～20MPa范围内压强指数较高。     

一种低燃速和低压力指数丁羟固体推进剂的研究

采用新型降速剂JS-1制备了一种低燃速、低压力指数、高比冲的丁羟固体推进剂,与常用降速剂草酸铵相比,JS-1不仅具有较高的降速效率,还使推进剂压力指数更低。标准发动机BSFΦ127测试结果表明,所研制推进剂燃速为4.78~4.93mm/s(20℃,8.0MPa)时,4~12MPa工作压强下燃速压力指数为0.23。推进剂在20℃下抗拉强度为0.694~0.835MPa,最大伸长率为50.1%~62.3%。全尺寸发动机试车各项指标均满足设计要求。     

双金属有机化合物对星型聚叠氮缩水甘油醚推进剂燃烧性能的影响

研究了甲撑双水杨酸铅铜(PbCuDS)、β-雷锁辛酸铅铜(β-PbCu)、铅铜双金属复盐(PbCuMu)、4-硝基咪唑铅铜(PbCuNI)、没食子酸铋铅(BiPbGA)和没食子酸铋铜(BiCuGA)等双金属有机化合物及其与炭黑复配混合物对星型GAP(S-GAP)推进剂在2～20MPa燃烧性能的影响。结果表明,双金属有机化合物及其与炭黑的复配体系均明显地提高S-GAP推进剂的燃速,PbCuNI和BiCuGA与乙炔炭黑的复配体系使S-GAP推进剂在2～10MPa的燃速压强指数降至0.30以下。     

燃烧催化剂对含CL-20无烟NEPE推进剂燃烧性能的影响

采用靶线法测试了2~15MPa下含CL-20无烟NEPE推进剂的燃速,通过调节不同种类燃烧催化剂(铅盐、铜盐和炭黑)及其复配催化剂,研究了催化剂对含CL-20无烟NEPE推进剂燃烧性能的影响。分析了含CL-20和催化剂的无烟NEPE推进剂的催化作用机理。结果表明,随着CL-20含量的增加,推进剂的燃速明显增大,当CL-20质量分数为30%时,15 MPa下推进剂的燃速可提高68%。与单组分催化剂和多组分催化剂相比,复配后的双组分燃烧催化剂对推进剂燃速的催化效果最明显,含NTO-Pb/AD-Cu复配催化剂的推进剂在15MPa下的燃速增至25.66mm/s。φ-Pb/乙炔炭黑燃烧催化剂使推进剂在10~15MPa出现平台燃烧,燃速压强指数降至0.22,在2~15MPa下降至0.52。     

纳米复合物PbO·SnO2的制备及对双基和RDX-CMDB推进剂燃烧性能的影响

以Pb(NO3)2、SnCl4·5H2O和NaOH为原料,采用室温固相化学反应法制备纳米复合物PbO·SnO2.用X-射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和扫描电镜能谱(SEM-EDS)对纳米复合物PbO·SnO2的组成、大小、形貌进行表征.研究了纳米复合物PbO· SnO2对双基和RDX-CMDB推进剂燃烧性能的影响.结果表明,纳米复合物PbO·SnO2的平均粒径约为40～60 nm,在2～20 MPa压力区,能明显提高双基推进剂的燃速,在10～20MPa的压力指数为0.257.在2～20 MPa压力区,该纳米复合物使RDX-CMDB推进剂的燃速有所提高,与炭黑复合使用时,其催化效率进一步提高.     

含LLM-105无烟CMDB推进剂的燃烧性能

采用燃速-靶线法研究了2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)的含量和粒度、不同复合燃烧催化剂(A-Pb/A-Cu/CB、B-Pb/B-Cu/CB、C-Pb/C-Cu/CB)及辅助增塑剂(三醋酸甘油酯(TA)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP))对含LLM-105无烟复合改性双基(CMDB)推进剂燃烧性能的影响。结果表明,随着LLM-105含量的增加,不同压强下推进剂的燃速均有明显降低,添加质量分数25%的LLM-105可使10MPa下推进剂的燃速下降达53.3%;粗颗粒LLM-105降低推进剂燃速的效果优于细颗粒,用粗颗粒LLM-105替代等量细颗粒LLM-105,可使不同压强下推进剂的燃速降低,10MPa下推进剂的燃速降低1.5mm/s;添加C-Pb/C-Cu/CB催化剂,推进剂在6~18MPa下的压强指数由0.43降至0.25。用TA替代DEP,可降低推进剂的燃速及压强指数。     

纳米ZnO立方体催化AP热分解及其在HTPE推进剂中的应用

为改善高氯酸铵(AP)的性能,从而改善复合固体推进剂的燃烧性能,采用AP辅助的金属有机骨架结构(MOF)热分解法合成纳米ZnO立方体催化剂(n-ZnO/cube);采用XRD、FESEM、TEM等对其形貌进行了表征,分析了其比表面积和孔径分布;采用TG-DTA分析了其对AP热分解的影响;将其加入到HTPE推进剂中,测试了其对推进剂工艺性能、安全性能、力学性能及燃烧性能的影响。结果表明,n-ZnO/cube催化剂具有大的比表面积(70.5m2/g)和大量的孔道结构,将AP热分解的高温分解峰从413℃降至279℃,放热量从584J/g增至1520J/g,分解活化能从151.1kJ/mol降至65.3kJ/mol;将质量分数2%的n-ZnO/cube加入到HTPE推进剂中,推进剂的燃速(20℃,6.86MPa)从12.01mm/s提高到16.16mm/s,工艺性能、安全性能、力学性能、燃速压强指数(0.42,20℃,3~16MPa)、燃速温度敏感系数(2.02×10^-3℃^-1,-55~70℃,6.86MPa)均未受到明显影响,表明纳米ZnO立方体结构对AP热分解表现出良好的催化性能,是HTPE推进剂的一种具有潜力的燃烧调节剂。     

Butacene在丁羟高燃速推进剂中的应用研究

研究了Butacene(皮特辛)在丁羟高燃速推进剂配方中的催化效率和迁移特性。结果表明,含皮特辛的配方工艺性能优良;在铁含量相当的情况下,燃速比卡托辛配方高3~4 mm/s,催化效果优于卡托辛;贮存过程中铁含量基本未变,燃速最大变化只有6.24%,防迁移性明显优于卡托辛配方。Butacene可作为高效不迁移燃速催化剂应用于丁羟高燃速推进剂配方。     

内弹道稳定剂对中高燃速RDX-CMDB推进剂燃烧性能的影响

以一种中高燃速改性双基推进剂配方为基础配方,添加不同粒度的Al_2O_3及不同品种的内弹道稳定剂,研究了6~20MPa下推进剂燃速和燃速压强指数的变化规律,并对其燃烧机理进行了分析。结果表明,添加Al_2O_3后推进剂的燃速降低,且随着压强的升高,燃速降低的幅度减小;不同品种的内弹道稳定剂对燃速及燃速压强指数降低和提高的幅度不同,TiO2提高了推进剂高压段的燃速,MgO几乎不影响推进剂燃速,而Al_2O_3、ZrO_2均降低了推进剂的燃速。添加不同粒度的Al_2O_3后,均使燃烧表面的催化剂含量(浓度)降低,改变了催化剂的催化效率,从而导致添加芳香铅A催化剂的推进剂中Al_2O_3粒径分别为10μm和2.5μm时,燃速相应降低0.25mm/s和1.25mm/s。不同品种的内弹道稳定剂对燃烧表面催化剂含量、分散均匀性、催化活性的影响不同,TiO_2、MgO的活性高于Al_2O_3和ZrO_2,从而表现出添加TiO_2、MgO的推进剂燃速高于添加Al_2O_3、ZrO_2的推进剂。     

Combustion of ammonium dinitramide based solid propellant with PBT as energetic binders

Focusing on a new kind of solid propellants, which takes the ammonium dinitramide (ADN) as the high-energetic oxidant, and 3,3-bis(azidomethyl)oxetane and tetrahydrofuran copolymers (PBT) as the high-energetic fuel binder, the burning rates and the theoretical performance of the propellant were measured under different ADN contents, ADN sizes and pressures. The burning rates increased from 7.9 mm/s to 117.4 mm/s and 49.1 mm/s to 74.2 mm/s when the pressure increased from 0.1 MPa to 10 MPa and from 12 MPa to 20 MPa separately, with a singularity in the pressure dependence of the burning rate at around 10 MPa. In terms of the effect of the ADN content, under the experiment pressures from 0.5 MPa to 5.0 MPa, the burning rates of the propellant were promoted by the increase of the oxidizer loading in a range of 50 wt% to 75 wt%, with a transition from a kinetically-controlled reaction to a diffusion-controlled one. Within the condition scope of this study, no obvious effect of the ADN sizes on the propellant combustion properties was observed. This could be attributed to the solid-liquid mixed multiphase layer and the binder which served as a heat sink for the smaller ADN particles.     

铜-铅-炭复合燃速催化剂的制备及性能

以铜-铅螯合物为活性组分,介孔炭为载体,采用反应沉淀制备了铜-铅-炭复合燃速催化剂.通过N2吸附-脱附、SEM、TG和DSC等对其进行表征.结果表明,铜-铅螯合物呈不规则球形,铜铅-炭复合催化剂呈球花状.BET比表面积为28 m2/g,孔容为0.012 cm3/g.在20 MPa压强下含铜-铅-炭复合催化剂的双基推进剂...     

低铝粉含量的HMX/HTPB推进剂研究

对低铝粉含量的HMX/HTPB推进剂进行了配方研究。为获得少烟、高密度、高模量、高燃速、低压强指数的优良的综合性能,配方调试以铝粉质量分数<10%,用HMX替代部分AP来达到少烟目的;以HTPB/TDI/MAPO/STR黏合剂体系来获取高模量;通过AP级配调节,燃速催化剂的选择等方法,使推进剂具有不挥发物质量分数≥88.5%、20℃下密度≥1.78 g/cm3、σm≥3.1 MPa,燃速≥40 mm/s的良好性能,并具有药浆初始黏度低,流动、流平性好的优点。HTPB/AP/Al/HMX四组元推进剂经BSFΦ127标准发动机地面试车,内弹道p–t曲线在压强30 MPa以下,燃烧稳定;推进剂燃烧未急升导致压强异常现象。研制成的药柱经发动机地面试验可知混合比冲高达2 456.7 N·s/kg。     

高强度、高燃速丁羟推进剂配方工艺研究

对高不挥发物质量分数、高强度、高燃速丁羟推进剂进行了配方研究。采用了HTPB(端羟基聚丁二烯)、TDI(甲苯二异氰酸酯)黏合剂体系及STR增强剂的固化网络,选用SX-1助剂以改善工艺性能,通过优化AP级配、调节混合工艺程序等方法,使推进剂具有不挥发物质量分数88%、密度1.82g/cm3、20℃抗拉强度σm3MPa、65℃抗拉强度σm≥2.3MPa,燃速35mm/s的良好性能,并具有药浆初始黏度低,工艺流动流平性好的特点。     

高固体含量高强度丁羟推进剂工艺调节技术研究

阐述不同燃速的高固体含量高强度丁羟推进剂的工艺调节技术,研制出了中低燃速、中燃速和高燃速3种燃速范围,固体质量分数≥90%、20℃最大抗拉强度≥2.5MPa的丁羟推进剂配方,其工艺性能良好,并成功应用于高性能固体火箭发动机。     

铅盐催化剂对GAP少烟推进剂燃烧性能的影响

采用DSC研究了不同形貌的铅盐催化剂CH-Ⅰ和CH-Ⅱ对AP热分解行为的影响,获得了其热分解反应的动力学参数,并考察了催化剂对GAP少烟推进剂燃烧性能的影响。结果表明,铅盐催化剂能够降低AP的低温分解反应活化能,提高高温分解反应速率。在GAP少烟推进剂中,加入铅盐催化剂CH-Ⅰ和CH-Ⅱ,能够显著提高其高压下的燃速,15~25MPa内的压强指数分别由不加催化剂时的0.46降至0.35和0.34。AP的热分解行为与GAP少烟推进剂燃烧紧密相关。AP热分解反应的加快是推进剂燃速提升的主要原因,催化剂的催化活性与其形貌和粒度有关。催化剂CH-Ⅱ的催化效果优于催化剂CH-Ⅰ。