CuO/CNTs的制备及其对双基推进剂燃烧的催化作用

以醋酸铜和碳纳米管为原料,在常压和100℃下,用溶胶浸渍法制备出CuO/CNTs复合纳米催化剂,采用XRD、TEM等对CuO/CNTs进行了表征,并考察了其对双基推进剂燃烧的催化作用。结果表明,纳米CuO以8～10nm的椭球形粒子和长度50nm、宽度5nm的棒状粒子两种形态附着在碳纳米管表面。CuO/CNTs复合纳米催化剂可显著改善双基推进剂的燃烧性能,使其燃速大幅提高,压强指数降低。在6MPa、质量分数为2.5%时,该催化剂使推进剂的燃速从5.20mm/s提高到11.77mm/s,提高了115%;在16～22MPa出现平台燃烧,在该压强范围内的压强指数从0.617降低至0.238。     

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。     

金属粉对NC/TMETN/FOX-7低敏感改性双基推进剂燃烧性能的影响

采用燃速-靶线法研究了铝粉(Al)、镁铝合金粉(Mg-Al)和硼粉(B)以及铝粉含量、粒度等对NC/TMETN/FOX-7改性双基推进剂燃烧性能(燃速和压强指数)的影响;采用单幅放大彩色摄影法研究了其火焰结构。结果表明,推进剂配方中添加金属粉可提高NC/TMETN/FOX-7改性双基推进剂的燃速,金属粉使推进剂燃速的增大幅度由大到小依次为:Al-MgAlB;随着Al粉(粒径12.5μm)质量分数由0增至10%,NC/TMETN/FOX-7推进剂的燃速先增大后减小,当铝粉质量分数为5%时推进剂燃速最高,达到21.19mm/s;NC/TMETN/FOX-7改性双基推进剂的燃速随着铝粉粒度的增大而增大,铝粉粒径由12.5μm增至45μm时,10MPa下推进剂的燃速由21.19mm/s增至24.47mm/s,8～14MPa的压强指数降至0.20以下;NC/TMETN/FOX-7推进剂的火焰结构与NC/NG基推进剂相似,由预热区、亚表面及表面区、暗区和火焰区组成,各区之间的界限不明显。     

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。     

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。     

Al粉在高燃速AP/CMDB推进剂中的应用

采用量热仪、燃速仪、PDSC分别研究了含不同粒度和含量Al粉的高燃速AP/CMDB推进剂的爆热、燃烧性能与热分解特性。结果表明,推进剂爆热与Al粉的含量成正比;Al粉质量分数为0~8%时,对推进剂燃烧性能无明显影响;Al粉粒度由14μm减小至5μm时,推进剂爆热降低40J/g,热分解放热量增加107J/g,7~10MPa压强下推进剂燃速提高1~1.8mm/s,7~22MPa下压强指数由0.56降至0.50;当Al粉(质量分数3%)粒度减小为150nm时,推进剂的爆热降低93J/g,热分解放热量增加343J/g,18~22MPa压强下的燃速提高2~3mm/s。     

纳米催化剂对无烟改性双基推进剂燃烧性能的影响

用均匀设计和多元回归分析方法研究了纳米含能有机铅盐n-ONPP、纳米有机铜盐n-PAC和炭黑复配对无烟改性双基推进剂燃烧性能的影响,并建立了多元回归数学分析模型.结果表明,n-ONPP和n-PAC复配或n-ONPP和炭黑的复配,对提高无烟改性双基推进剂2～6MPa的燃速效果显著,而对提高该推进剂在6～22MPa的燃速效果不明显.但一定量且比例适当的n-ONPP、n-PAC和炭黑复配,能显著提高无烟改性双基推进剂在中低压下的燃速,且在中高压段使推进剂出现平台燃烧,但平台燃烧的压强范围随着催化剂比例的不同而不同.理论分析表明,在2～4MPa,对无烟改性双基推进剂燃速起决定作用的是n-PAC和炭黑;n-ONPP、n-PAC和炭黑三者之间的相互作用对燃速也有一定的作用.在6MPa以上,n-ONPP和n-PAC对燃速起决定作用,炭黑起辅助作用.     

ACP对无烟改性双基推进剂能量和燃烧性能的影响

含ACP的无烟改性双基推进剂能量特性理论计算表明,ACP对推进剂的能量影响较小。研究了不同工艺对含ACP无烟改性双基推进剂燃烧性能的影响。实验结果表明,ACP对压伸工艺制备的推进剂燃速没有显著提高,但能大幅度地提高浇铸无烟改性双基推进剂的燃速。分析了ACP提高无烟改性双基推进剂燃速的作用机理,认为ACP可增加燃烧表面积和热量向燃烧表面积的反馈,使推进剂的燃速大增。     

纳米催化材料与超细高氯酸铵的均匀复合及对复合改性双基推进剂的增速降感研究

为了提高复合改性双基推进剂的燃速，采用超音速气流粉碎技术将纳米催化材料(纳米亚铬酸铜、纳米氧化镉)原位分散于超细高氯酸铵(AP)表面，制备出纳米催化材料/超细AP复合物，并应用于改铵铜(GATo)高燃速改性双基推进剂。采用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热测试(DSC)、机械感度测试、静电火花感度测试等方法对纳米催化材料/超细AP复合粒子进行了分析表征，对制得的含纳米催化材料/超细AP复合粒子的GATo推进剂分别进行了燃烧性能、力学性能、机械感度和安定性研究。结果表明，在超音速气流粉碎力场作用下，在实现AP超细化的同时，实现了纳米催化材料在其表面的原位均匀分散，既提高了超细AP的热分解速率，又降低了超细AP的机械感度。与空白GATo推进剂相比，含有纳米催化材料/超细AP复合粒子的GATo推进剂燃速从55mm/s提升至70.27mm/s(20℃、10MPa),增幅达27.8%,力学性能和安定性基本保持不变，摩擦感度从95%降至80%,撞击感度特性落高值从13.9cm提高到14.7cm,实现了CMDB推进剂的高燃速与低感度的有效平衡。     

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.     

RDX-CMDB推进剂燃速温度敏感系数的实验研究

为了揭示RDX-CMDB推进剂中各常见组分对其燃速温度敏感系数的影响规律,制备了一系列含RDX、铝粉及燃烧催化剂的CMDB推进剂样品。采用氮气靶线法测得其在2~14MPa下的燃速温度敏感系数(σp)。讨论了RDX含量、铝粉、燃烧催化剂对RDX-CMDB推进剂燃速温度敏感系数的影响。结果表明,提高工作压强、增加RDX含量、添加燃烧催化剂均有助于降低RDX-CMDB推进剂在一定初始条件下的燃速温度敏感系数。配方中引入铝粉后可降低中低压下RDX-CMDB推进剂的燃速温度敏感系数,且燃速温度敏感系数几乎不随压强变化而变化。选用含邻苯二甲酸铅和没食子酸铋锆作燃烧催化剂,均可在2~10MPa下降低RDX-CMDB推进剂的燃速压强指数,同时降低燃速温度敏感系数。     

2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物Ni(II)和Cu(II)含能配合物的燃烧催化性能

按照文献方法,制备了2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(ANPyO)Ni(II)和Cu(II)两种含能配合物,用激光粒度测试仪及GJB772A-97法测试了粒度和感度,用密闭爆发器分别测试了含ANPyO Ni(II)和Cu(II)配合物发射药的燃烧性能,用靶线法测试了含两种配合物双基推进剂的燃烧催化性能。研究了两种配合物在双基发射药、三基发射药和双基推进剂中的燃烧作用。结果表明,ANPyO Ni(II)和Cu(II)两种配合物粒度都为微米级,爆速大于8 200m/s,爆压大于32GPa,优于TATB、HNS和PYX;两种含能配合物能够提高双基发射药的燃速,使其压强指数分别降低7.61%和3.29%,对双基发射药的燃烧性能具有明显的促进效果;ANPyO Cu(II)配合物使双基推进剂在10~20MPa下燃速提高20%,压强指数降低17.78%~55.84%,对双基推进剂的燃烧性能具有良好的催化效果。     

含CL-20改性双基推进剂的燃烧性能

设计了两组不同含量CL-20或RDX改性双基(CMDB)推进剂配方,研究了CL-20或RDX含量对两组CMDB推进剂燃烧性能的影响。结果表明,在2～20MPa,CL-20改性双基推进剂的燃速高于RDX改性双基推进剂的。CL-20含量越高,CMDB推进剂压强指数变大。现有的铅、铜盐和炭黑催化剂可用于调节含CL-20改性双基推进剂的燃烧性能。     

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。     

含高氮化合物的CMDB推进剂的燃烧特性

以3,6-双(1-氢-1,2,3,4-四唑-5-氨基)-1,2,4,5-四嗪(BTATz)和2-硝亚胺基-5-硝基-六氢化-1,3,5-三嗪(NNHT)为含能添加剂应用于含RDX或HNIW的CMDB推进剂中,考察了BTATz和NNHT对推进剂燃速、火焰和熄火表面形貌的影响。结果表明,BTATz能大大提高推进剂的燃速,而NNHT有助于推进剂产生平台燃烧,分别完全取代RDX后,推进剂的燃烧显现出不同于RDX-CMDB推进剂的独特的暗区形貌,在暗区内部存在由燃烧表面发出的发散火焰束,这主要得益于BTATz和NNHT自身高燃速特性及其燃烧时不存在如RDX的熔融过程;含与不含高氮化合物的RDX-CMDB推进剂火焰形貌类似,熔融态的RDX妨碍了燃烧表面高热碳粒的生成,较少的高热碳粒不利于RDX-CMDB推进剂燃速的提升;常用的铅-铜-碳催化体系对于推进剂的燃烧同样也具有理想的调节作用,在该催化体系与NNHT的协同作用下,8~22MPa范围内NNHT-RDX-CMDB推进剂压强指数降至0.19,降幅达76%,NNHT-HNIW-CMDB推进剂压强指数降至0.42,降幅达50.6%;该催化体系对BTATz、NNHT、HNIW不敏感,催化体系本质上还是主要作用于双基基体,发生在燃烧表面及近燃面的凝/气相区,使得燃烧表面结构发生明显改变,CMDB推进剂燃烧性能得以改善。     

新型负载燃速催化剂对NEPE推进剂燃速的影响

设计了以新型碳系纳米材料(CN)为载体的负载燃速催化剂BC-1/CN和BC-2/CN,通过热重(TG)分析和差示扫描量热法(DSC)联用研究了负载燃速催化剂对AP热分解行为的影响,研究了负载燃速催化剂种类和含量对NEPE推进剂燃烧性能的影响。结果表明,CN能够增强BC-1和BC-2对AP热分解的催化作用,从而显著降低AP的分解温度;随着负载燃速催化剂中CN含量的提高,NEPE推进剂在15MPa下的燃速由15.72mm/s增至24.68mm/s,增幅达57%,压强指数由0.60降至0.46;当负载燃速催化剂中CN的质量分数为10%时,NEPE推进剂的燃速高达34.8mm/s,而药浆的工艺性能没有明显恶化,综合作用效果最好。     

PNI对RDX/Al-CMDB推进剂燃烧性能的影响

采用吸收-压延方法制备了含4-硝基咪唑铅盐(PNI)的RDX/Al-CMDB推进剂样品,用靶线法测试了其燃速,研究了PNI与炭黑组成的二组元催化剂,PNI、炭黑和安定剂组成的三组元催化剂,PNI与不同种类铅盐组成的多组元催化剂对RDX/Al-CMDB推进剂燃烧性能的影响。结果表明,PNI是一种有效的含能燃烧催化剂;PNI与炭黑或β铅盐的混合物可使推进剂出现平台或麦撒燃烧;当PNI的质量分数为4.0%时,推进剂的压强指数降至0.07;1.0%PNI和2.5%β-Pb的混合物使推进剂的压强指数降至-0.13。含PNI改性双基推进剂的燃速可调,出现平台或麦撒区间。     

低铝含量HTPB固体推进剂的燃烧特性

为研究低铝含量推进剂的燃烧特性，以铝粉质量分数5%的低铝含量HTPB推进剂为对象，以铝粉质量分数12%～18%的HTPB推进剂为参比，通过水下声发射、BSFΦ75及BSFΦ165标准试验发动机等测试方法研究了低铝含量推进剂的燃烧性能和能量性能。结果表明，同一固含量条件下，低铝含量推进剂燃速较高，压强指数没有明显变化；铝粉粒度越细，低铝含量推进剂燃速和燃速压强指数越大；经BSFΦ75发动机内弹道p(压力)—t(时间)曲线验证，8～10MPa内低铝含量推进剂燃烧稳定；经BSFΦ165发动机试车验证，7MPa下，低燃速低铝含量推进剂实际比冲2387N·s/kg,比冲效率达到97.3%,高燃速低铝含量推进剂实际比冲2465N·s/kg,比冲效率达到98.6%。低铝含量推进剂燃烧效率高，相近燃速下低铝含量推进剂与常规铝含量推进剂能量在同一水平。     

Bi2O3/CNTS复合物的制备及其对双基推进剂燃烧的催化作用

以多壁碳纳米管、硝酸铋为原料,通过液相化学沉积法制备出Bi2O3/CNTs复合物.采用透射电镜(TEM)和X射线粉末衍射(XRD)对产物的粒子形貌、粒径和物相结构进行了表征,并考察了Bi2O3/CNTs复合物对双基推进剂燃烧性能的影响.结果表明,产物中Bi2O3以球状粒子的形式均匀地负载在碳纳米管表面,平均粒径约为27nm.Bi2O3/CNTs复合物能明显改善推进剂的燃烧性能,使推进剂的燃速提高74.7％(4MPa),压强指数(16～22 MPa)从0.7 834降低至0.4 307.     

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。