HTPB/AP/Al复合推进剂燃速降速剂研究

通过测定5．1MPa压强下HTPB／AP／Al复合推进剂药条静态燃速和BSF075mm、BSF0165mm标准发动机实验，研究了（NH4）2C2O4，LiF，CaCO3，SrCO3及季铵盐等燃速调节剂对推进剂燃烧性能、能量性能等的影响。结果表明，季铵盐降速效率最高，季铵盐与碳酸盐组合使用可使固体质量分数为87％的推进剂在5．1MPa压强下的静态燃速降至3mm／s左右。BSFΦ75mm发动机测试表明，含季铵盐与碳酸盐组合降速剂的推进剂配方在3．45～12．17MPa压强范围内的压强指数为0．2，达到了平台推进剂水平，密度比冲较相近燃速的含草酸铵推进剂高2．8％，且内弹道曲线更稳定。     

无铝低燃速NEPE推进剂的燃烧性能

采用水下声发射法测定了无铝低燃速NEPE推进剂的燃速,研究了增塑剂种类、高氯酸铵(AP)与奥克托今(HMX)含量、AP粒度级配以及降速剂对无铝NEPE推进剂燃烧性能的影响。结果表明,通过选择合适的增塑剂、调整AP/HMX的相对含量、AP粒度级配以及采用有效的降速剂可使推进剂基础配方在3.5MPa下静态燃速达到4.0~5.5mm/s,2~5MPa下静态压强指数可降至0.30以下;NEPE推进剂燃烧时,NO2的生成速度越慢或NO2的含量越低,则推进剂的燃速越小,反之则越高。     

桥塞投放工具用低残渣低燃速复合推进剂

为改进我国第一代桥塞投放工具用复合推进剂燃烧残渣率大和燃速高的缺点,以KNO3/AP/HTPB体系为基础设计了一种桥塞投放工具用复合推进剂.研究了不同种类降速剂、AP粒度以及催化剂对该推进剂的燃速、残渣率以及燃烧稳定性的影响.结果表明,降速剂草酸铵对复合推进剂有较好的降低燃速和残渣率的作用,AP粒径的增加有利于降低推进剂的燃速,加入催化剂可改善此推进剂燃烧稳定性.此复合推进剂经数百次油井桥塞座封施工证实,具有低残留、低燃速的优点,其综合性能显著优于国内第一代产品,达到国外先进水平.     

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。     

高能低燃速NEPE推进剂的研究

采用调节 NEPE推进剂的配方组分、添加降速剂等手段进行了一系列降低燃速的研究。研究结果表明 ,增大 AP粒径、降低 NG/DEGDN的比例、适当降低 AP含量、添加少量降速剂 ,可达到降低燃速的目的。通过对 NEPE推进剂配方组分的调节 ,在没有添加降速剂时 ,其 4.0 MPa下燃速可达到 4.7mm/ s,并且实测标准比冲可达到 2 2 39.3N·s/ kg。     

HMX/AP/Al/HTPB推进剂燃速模拟计算

考察了 HMX/AP/HTPB 推进剂及其组分的热分解特性,当混合氧化剂HMX 和 AP 之质量比为1:1时,其热分解曲线呈现出独特的单峰放热分解特征。考察了十种添加剂对 HMX、AP、HMX/AP 和 HMX/AP/HTPB 热分解性能影响以及对 HMX/AP/Al/HTPB 推进剂燃速的影响。提出了改进的 BDP 模型和燃速模拟计算。     

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。     

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。     

低铝含量NEPE推进剂燃烧性能研究

研究了铝粉含量为8％的NEPE推进剂。采用配浆浇铸法制备推进剂，并用恒压静态燃速仪测试了推进剂的燃烧性能。考察了NG／DEGDN的比例、AP粒度、HMX粒度对燃速及燃速压力指数的影响。发现增大NG／DEGDN的比例、减小AP粒径或增加细粒度AP含量，将提高NEPE推进剂的燃烧速度，压力指数升高；而HMX粒度降低，NEPE推进剂燃速降低，压力指数降低；不同来源的PbCO3对NEPE推进剂燃烧性能影响很大。     

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。     

快燃物ACP在丁羟复合固体推进剂中的应用

采用药条燃速仪试验和Ф64mm发动机点火试验，研究了不同含量的快燃物ACP对低、中、高燃速丁羟复合固体推进剂燃烧性能的影响。结果表明，快燃物ACP能明显提高推进剂的燃速，使6．86～15MPa下推进剂的燃速压强指数有明显增大的趋势，在低、中、高燃速推进剂配方中加入质量分数为5％的ACP，15MPa下的燃速分别提高11．3％，82．9％，67．8％。Ф64mm发动机试验表明，含ACP的推进剂在发动机中能够稳定燃烧，发动机p-t工作曲线稳定。获得了ACP使推进剂产生非平行层燃烧从而大幅度提高燃速的初步证据。     

含硝酸铯丁羟推进剂的燃烧性能与电学特性

为研究磁流体发电机用推进剂的燃烧性能与电学特性,用量热法、靶线法与微波干涉法测试了不同配方丁羟推进剂的燃烧热、压强指数及燃烧产物的电子浓度值,分析了硝酸铯、Al和AP含量对丁羟推进剂燃烧热、燃速及电子浓度的影响。结果表明,随硝酸铯含量的增加,推进剂燃烧热逐渐降低,当铝粉质量分数为18%,硝酸铯质量分数低于6%时,燃烧热为6000kJ/kg;AP含量对压强指数有较大影响,当AP质量分数从61.1%增至63.15%时,推进剂的压强指数提高13%以上。硝酸铯可显著提高推进剂燃烧产物的电子浓度,使其平均电子浓度增至1.9×10~(12)cm~(-3),较不含硝酸铯盐相同配方的推进剂的燃烧产物提高1000倍以上。     

CL-20粒度对GAP/AP/Al高能推进剂燃烧性能的影响

为了研究CL-20粒度对含Al高能固体推进剂燃烧性能的影响,通过捏合浇铸工艺制备了含不同粒度CL-20(14μm、115μm)的GAP/AP/Al高能推进剂,采用靶线法测定了推进剂在不同压强下的燃速,并计算了压强指数;利用微型高温热电偶测温技术、燃烧火焰单幅照相技术研究了CL-20粒度对该推进剂燃烧性能影响的机理。结果表明,7～18MPa下含粗粒度(115μm)CL-20的GAP/AP/Al推进剂的燃速比含细粒度(14μm)CL-20的推进剂高7%～37%;2～10MPa下前者压强指数为0.52,后者为0.46;粗粒度CL-20较细粒度提前进行部分分解,分解产物除催化自身分解反应外,还促进了AP的分解,从而提高了相应推进剂凝聚相反应区的温度攀升速率,并使推进剂的燃速更高。     

一种非铅催化硝胺改性双基低燃速低燃温推进剂

为降低双基低燃速低燃温推进剂的燃速、燃温，将含能添加剂PQ加入含HMX的CMDB推进剂中。研究了含能添加剂PQ与HMX复配后部分取代配方中的NC和NG对燃速、燃温的影响，并采用常规的Pb—Cu盐复合催化剂和非铅催化剂体系对该配方体系的燃烧性能进行了调节。结果表明，加入适量的复合含能添加剂能有效降低推进剂的燃速和燃温，可使推进剂理论燃温低于1200K，燃速低于2．5mm／s（10MPa，20℃）；与常规Pb—Cu盐催化剂相比，非铅催化剂的催化效率更高，配方的燃烧性能更好，压强指数可低至0．16（3～7MPa），获得平台燃烧。含能添加剂PQ降低燃速、燃温的原因是加入PQ后，推进剂的能量水平下降以及PQ在分解时的熔化吸热降低了化学反应速率。     

GAP高能低特征信号推进剂的燃烧性能调节

研究了硝胺种类、固体组分含量和粒度、增塑剂与GAP的增塑比及燃速催化剂对GAP高能低特征信号推进剂在11~19MPa下燃烧性能的影响。结果表明,当HMX取代推进剂样品中的RDX时,推进剂的燃速较高,压强指数从0.72降至0.63;在AP和HMX总质量分数为67.5%的条件下,随着AP质量分数由5%增至30%,推进剂燃速逐渐增大,压强指数由0.82降至0.45;减小AP粒度以及在配方中添加燃速催化剂或调节过渡金属化合物J1/J2的配比,可较大幅度地增加推进剂燃速和降低压强指数,其中,J1与J2总质量分数为3%,二者质量比为2∶1和1∶1时,推进剂的压强指数较小,分别为0.50和0.48;随着HMX粒度减小及增塑剂与GAP黏合剂的增塑比的降低,推进剂的燃速和压强指数降低。     

铝/有机氟化物复合物对含铝HTPB推进剂燃烧性能的影响

为研究有机氟化物(OF)对含铝HTPB固体推进剂燃烧性能的影响,采用球磨法制备了纳米和微米铝/有机氟化物复合物(nmAl/OF和μmAl/OF),将其作为复合添加剂替代微米铝粉加入HTPB推进剂中,并考察其对推进剂燃烧性能的影响。采用SEM、TEM、粒度分析等对nmAl/OF和μmAl/OF复合物及推进剂凝聚相燃烧产物进行了表征。结果表明,nmAl/OF和μmAl/OF复合物有不同的结合状态;添加OF、nmAl/OF和μmAl/OF后,推进剂的爆热值下降约2%;添加nmAl/OF的推进剂配方燃速最低,在3MPa时仅为6.28mm/s,添加OF和μmAl/OF体系的推进剂燃速压强指数相比于原配方降低约20%;添加nmAl/OF的推进剂配方凝聚相燃烧产物粒度(D_(50))比原配方降低约47%。     

丁羟四组元复合推进剂燃烧稳定性机理研究综述

针对丁羟四组元复合推进剂的燃烧稳定性问题,从复合推进剂的微观燃烧角度出发,简述了复合推进剂易产生燃烧不稳定问题的主要机理,整理与总结了丁羟四组元复合推进剂中常见的4种组分:高氯酸铵(AP)、端羟基聚丁二烯(HTPB)、铝粉(Al)和高能硝胺组分黑索今(RDX)与奥克托今(HMX)的燃烧过程与火焰结构对固体推进剂燃烧稳定性的影响。通过探究各组分的燃烧特性与机理,有助于建立固体推进剂整体的燃烧模型,从而能在本质上解释复合推进剂不稳定燃烧产生的原因,并针对不稳定燃烧现象提出有效的抑制手段,对丁羟四组元复合推进剂今后的研究方向进行了展望。附参考文献72篇。     

HMX/AP/Al/HTPB推进剂燃速模拟计算

考察了HMX/AP/HTPB推进剂及其组分的热分解特性,当混合氧化剂HMX和AP之质量比为1∶1时,其热分解曲线呈现出独特的单峰放热分解特征.考察了十种添加剂对HMX、AP、HMX/AP和HMX/AP/HTPB热分解性能影响以及对HMX/AP/A1/HTPB推进剂燃速的影响.提出了改进的BDP模型和燃速模拟计算.     

铝含量和含氟有机化合物对丁羟推进剂燃烧性能的影响

为进一步提高HTPB推进剂的能量并抑制铝粉在燃烧过程中的团聚,制备了铝粉质量分数为16%~22%的端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂,并分别加入含氟有机化合物(OF)作为铝燃烧促进剂,研究了铝含量和OF对HTPB推进剂燃烧性能的影响;使用氧弹量热仪测定了推进剂在氩气氛围下(3 MPa)的爆热;收集在3 MPa下推进剂燃烧的凝聚相产物,采用激光粒度仪、X射线光电子能谱仪(XPS)及X射线衍射仪(XRD)等分别对其进行粒度分布、元素和物相分析;通过线扫描摄像机和高压燃烧室系统测定推进剂的燃速;利用高速摄影系统观察推进剂燃面上熔铝粒子的团聚过程。结果表明,HTPB推进剂在铝粉质量分数为20%时实测爆热最大,含氟有机物OF的引入使得爆热有所下降;随着HTPB推进剂中铝含量的提高,燃面上熔铝粒子的团聚愈加严重,凝聚相燃烧产物的尺寸和残留铝含量均逐渐增加;加入含氟有机物OF能够促使-Al2O3和AlF3的生成,有效抑制铝颗粒在燃烧过程中的团聚,使凝聚相燃烧产物的尺寸和残留铝含量显著降低,当铝粉质量分数为20%时,OF的加入使得残留铝的生成率降低了50%;较低的铝含量和OF的添加有利于HTPB推进剂燃速的提高。     

CL-20含量及其粒度级配对NEPE推进剂燃烧性能的影响

采用静态与水下声发射法测试了CL-20含量及其粒度级配对NEPE推进剂燃速与压强指数的影响;采用DSC与TG-IR联用研究了CL-20对NEPE推进剂热分解行为的影响。结果表明,随着CL-20质量分数由42%增至50%,推进剂燃速与压强指数上升,燃烧效率提高,表明CL-20氧化能力高于GAP/硝酸酯含能黏合剂体系;随着CL-20/HMX、CL-20/Al质量比增高,推进剂燃速上升,燃烧效率上升;CL-20对推进剂燃速和压强指数的贡献高于HMX;随着CL-20/AP质量比增高,CL-20/AP混合体系分解产物氧化能力降低,燃烧反应速率降低,燃速降低;CL-20粒度级配对NEPE推进剂燃烧行为影响显著,当CL-20的粒径(d50)在5~50μm时,随着细粒度CL-20含量增高,推进剂燃速与燃速压强指数下降;当体系中存在超细粒度CL-20(d50=500nm)时,推进剂燃速与燃速压强指数随着超细粒度CL-20含量的增加而有所增加,4种粒度CL-20对NEPE推进剂燃速的贡献顺序为:粗粒度>中粒度>超细粒度>细粒度。