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。     

添加剂对B炸药安全和爆轰性能的影响

在B炸药中分别添加质量分数1%和3%的123树脂/1DES黏结剂或质量分数5%固化系数为0.6和0.8的HTPB/MDI黏结剂,制备了4种改性B炸药。用大药片落锤撞击试验、电探针和锰铜压力计分别测试了其撞击感度、爆速和爆压,用VLWR程序计算了爆轰性能。结果表明,添加123树脂/DES黏结剂后,改性B炸药的撞击感度降低;添加不同固化系数的HTPB/MDI黏结剂后,改性B炸药的撞击感度升高;添加123树脂/DES和HTPB/MDI后,改性B炸药的密度、爆速和爆压降低,而且添加量越大,其爆速和爆压降低越大。爆速和爆压的计算值与实验值接近。     

BDNPF/A增塑剂的性能及其应用

BDNPF/A具有适宜的密度和黏度,与众多的推进剂和炸药组分相容性良好。BDNPF/A毒性与一般硝基化合物类似;安定性好,在配方中替代NG,可降低配方的冲击敏感性;能量适中,具有出色的氧平衡和热平衡数值,在配方中替代惰性增塑剂,可显著改善配方的燃速和比冲。BDNPF/A在DB、CMDB等推进剂配方和PBX、PAX系列炸药配方中都得到了广泛应用,是制备钝感含能材料的必要含能增塑剂之一。     

团聚硼颗粒在HTPB富燃料推进剂中的流变特性

为了探索球形团聚硼颗粒的制备效果,对端羟基聚丁二烯(HTPB)黏合剂、不同类型的团聚硼颗粒与HTPB黏合剂以一定质量配比形成的悬浮液,以及含团聚硼颗粒HTPB富燃料推进剂流变特性进行了对比研究。结果表明,HTPB黏合剂的表观黏度随温度的升高而降低,最终趋于某一定值;在一定温度下,无定形硼粉经团聚改性后,团聚硼颗粒与HTPB形成悬浮液的表观黏度和屈服值较团聚前降低,且两者均随时间的增加而增加;采用含团聚硼颗粒的富燃料推进剂药浆的流变特性大大改善,有利于含硼富燃料推进剂能量的提高和燃烧性能的改善。     

铝基合金燃料在HTPB推进剂中的应用

通过改变铝基合金燃料类型制备低铝含量推进剂,在此基础上进行铝基合金的粒度、形貌和推进剂的爆热、燃速测试,研究了不同铝基合金燃料对端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂工艺性能、燃烧性能及安全性能的影响。推进剂组分相同时,黏度数据表明,铝基合金的不规则形貌是引起推进剂工艺恶化的主要因素,粒度差异会使工艺性能有所不同;燃烧性能测试和爆热测试结果表明,添加铝基合金AN(铝-镍合金燃料)和AT(铝-钛合金燃料)后,与含球形铝粉推进剂相比,推进剂密度增加,燃速压强指数降低,爆热水平相当,燃烧性能得到了改善;添加铝基合金燃料后造成推进剂的摩擦感度上升。     

含废弃丁羟推进剂的凝胶炸药

为安全处理和再利用废弃固体推进剂,通过添加单基药将丁羟推进剂再利用制备了灌注式凝胶炸药.采用验证板试验及电离探针法研究了不同装药配比、推进剂颗粒尺寸及装药直径对炸药爆轰性能的影响.结果表明,丁羟推进剂难以发生爆轰,若添加适量单基药,能显著提高炸药的爆轰感度,并降低其临界直径;该凝胶炸药密度为1.6 g/cm3,直径为7...     

P(BAMO-r-AMMO)在推进剂中的应用

以3,3′-双叠氮甲基环氧丁烷-3-叠氮甲基-3′-甲基环氧丁烷无规共聚物(P(BAMO-r-AMMO))为高分子预聚物,通过能量计算优化配方组成,制备了固含量为80%的P(BAMO-r-AMMO)基热固性复合推进剂。采用最小自由能法对3种配方进行了能量计算,用表界面张力仪、氧弹式量热仪、差示扫描量热仪(DSC)和静态拉伸试验测定了样品的密度、爆热、玻璃化转变温度(Tg)和力学性能。结果表明,该复合推进剂在10MPa压强下的标准理论比冲可达275.43s,密度为1.7924g/cm3,爆热达6 124kJ/kg,Tg为-50.80℃,拉伸强度为1.24MPa,断裂伸长率为21%,高于相同配方下端羟基聚丁二烯(HTPB)基和聚叠氮缩水甘油醚(GAP)基热固性复合推进剂,较HTPB基和GAP基热固性复合推进剂有更优良的综合性能。     

AP/Al/SMX/HTPB四组元推进剂能量特性的理论研究

采用推进剂性能评估软件(PEP),计算和比较了2,3-二羟甲基-2,3-二硝基-1,4-丁二醇四硝酸酯(SMX)和HMX取代高氯酸铵/铝粉/丁羟黏合剂(AP/Al/HTPB)推进剂中AP对配方能量性能的影响。用高温化学平衡计算代码模拟计算了AP/Al/SMX/HTPB和AP/Al/HMX/HTPB复合固体推进剂的能量和标准发动机工作过程。结果表明,与HMX相比,SMX能在更大的配比范围内提高HTPB推进剂的能量水平。在质量分数14%HTPB、18%Al的配方中,SMX能有效将推进剂的平衡流比冲提高到2 622.5N·s/kg,比HTPB三组元能量优化配方高27.5N·s/kg。在质量分数14%HTPB、15%Al的配方中,SMX取代AP后,比冲最高可达2 634.2N·s/kg,比HTPB三组元能量优化配方高39.2N·s/kg。在质量分数15%Al、HTPB质量分数为12%和10%的配方中,SMX质量分数可分别达到45%和65%;最高比冲可分别达到2 652.9和2 679.3N·s/kg,比HTPB三组元能量优化配方分别高57.9和84.3N·s/kg。在不含Al或Al含量很低的配方中,SMX可取代全部AP。     

增材制造研究用巧克力型推进剂设计与制备

以黏合剂RS为连续相,铝粉和高氯酸铵为固体填料,实现填料质量分数为80%的巧克力型推进剂配方设计与制备。利用差热扫描、高温恒温存储、安全测试手段评价RS及其混合物的热稳定性和相容性,利用流变仪研究混合药浆黏度变化,利用爆热与药棒燃速测试评估巧克力推进剂应用潜力。结果表明:巧克力型推进剂可在90℃以下实现熔融成型,具备可调节的黏度、优良的安全性能和可观的能量潜力,可用于固体推进剂增材制造工艺研究。     

无机氧化剂二硝酰基胺铵在固体推进剂中的能量性能分析

为考察新型含能无机氧化剂二硝酰基胺铵(ADNA)对固体推进剂能量性能的贡献水平,采用编制的能量计算星程序5.0版,模拟计算了ADNA、ADN(二硝酰胺铵)及AP(高氯酸铵)对CMDB(复合改性双基)、HTPB(端羟基聚丁二烯)、NEPE(硝酸酯增塑聚醚)、GAP(聚叠氮缩水甘油醚)推进剂的能量贡献水平。结果表明:ADNA取代CMDB、HTPB、GAP、NEPE推进剂中的AP,都使体系标准理论比冲增加,羽流红外辐射性能降低;ADNA对推进剂的能量贡献要优于ADN,如果设计合适的HTPB、GAP配方体系,ADNA的能量贡献超越RDX。     

储氢合金/AP/HTPB推进剂的热分解性能

采用TG-DTG、DSC以及动力学分析方法研究了储氢合金/AP/HTPB推进剂的热分解性能。结果表明,相对于Al/AP/HTPB推进剂,储氢合金/AP/HTPB推进剂的热分解温度降低,放热量提高;A20/AP/HTPB推进剂的凝聚相反应程度提高2.44%,第二、三温区的热分解活化能(Kissinger法)分别降低4.06%和22.63%;A30/AP/HTPB推进剂的凝聚相反应程度提高10.61%,第二、三温区的热分解活化能(Kissinger法)分别降低30.89%和38.87%。储氢合金对AP/HTPB推进剂的热分解有催化作用,并且该催化作用随着储氢合金中Mg0.45Ni0.05B0.5Hx含量的增加而增强。     

两种新型2-偕二硝甲基-5-硝基四唑含能离子盐的合成、表征及性能预估

以氨基-1,2,4-三唑和2-偕二硝甲基-5-硝基四唑(HDNMNT)为原料,通过中和反应合成出两种新型含能离子盐——2-偕二硝甲基-5-硝基四唑3-氨基-1,2,4-三唑盐(3-ATDNMNT)和2-偕二硝甲基-5-硝基四唑4-氨基-1,2,4-三唑盐(4-ATDNMNT),收率分别为95.4%和96.7%;利用FT-IR、1 H NMR、13C NMR、15 N NMR及元素分析等方法对其结构进行表征;采用量子化学方法计算了3-ATDNMNT和4-ATDNMNT的爆轰性能;在标准状态下(膨胀比为70∶1),利用最小自由能原理,分别计算了两种离子盐在丁羟复合推进剂中的能量性能。结果表明,3-ATDNMNT的爆速和爆压分别为8.587km/s和33.58GPa,4-ATDNMNT的爆速和爆压分别为8.693km/s和34.31GPa。以3-ATDNMNT部分取代丁羟复合推进剂中的AP后,丁羟复合推进剂的理论比冲可达2 635.7N·s/kg。以4-ATDNMNT部分取代丁羟复合推进剂中的AP后,当HTPB、Al、AP及4-ATDNMNT各组分质量分数分别为10%、5%、15%及70%时,获得该丁羟复合推进剂的最高理论比冲为2 677.2N·s/kg。     

丁羟复合推进剂的辐射点火

采用CO2激光点火装置,对丁羟复合推进剂的点火过程进行了实验研究,利用描述固体推进剂物化现象的一维传热模型对复合推进剂的辐射点火特性进行了理论分析。通过最小二乘法拟合实验数据得到了丁羟复合推进剂的点火准则。结果表明,丁羟复合推进剂的点火过程主要包括惰性加热及气相点火过程,惰性加热时间和点火延迟时间随热流密度的增大而减小,且随着热流密度的增大,热流密度的影响逐渐降低。固相传热数学模型能够比较准确地描述复合推进剂的辐射点火特性。     

复合射孔器推进剂装药的损伤特性

以复合射孔器装填的AP-丁羟(HTPB/AP)复合推进剂为主要研究对象,通过不同载荷作用下的模拟试验,对装药试样进行模拟损伤.采用药柱密度测量技术和密闭爆发器试验,分析了试样的损伤程度,并对损伤装药的燃烧性能进行了研究.结果表明,HTPB/AP复合推进剂在不同载荷作用下,内部结构发生了微观变化及损伤,其损伤度由高到低依次为高速冲击、低速撞击、准静态压缩和高温冲击.试样的损伤程度越大,其燃烧性能的变化越大,其中经高速冲击和低速撞击的HTPB/AP复合推进剂的燃烧特性已转变为对流燃烧或压缩燃烧,在一定的外界约束条件下,很有可能产生燃烧转爆轰现象.     

溶胀/溶解法回收HTPB推进剂中AP组分的实验研究

采用溶胀/溶解法回收报废HTPB推进剂中的AP。研究了浸取时间、浸取温度、四氢呋喃质量分数、液料比(四氢呋喃溶液体积与HTPB推进剂的质量比)、试样厚度及搅拌速率对AP回收率的影响。通过扫描电镜、X射线能谱仪对回收得到的AP进行表征,并对其纯度进行了检测。结果表明,AP的最佳回收工艺参数为:浸取时间6h、浸取温度60℃、四氢呋喃质量分数80%、液料比10∶1(mL/g)、试样厚度3mm、搅拌速率500r/min。其中,浸取时间、浸取温度和四氢呋喃质量分数对AP回收率的影响较大。在最佳工艺条件下,AP的回收率为95.0%,纯度为96.1%,表明此方法可用于报废HTPB推进剂中AP组分的回收。     

含1,1–二氨基–2,2–二硝基乙烯推进剂的能量特性参数计算研究

利用国军标方法及CAD系统软件,在标准条件(pc∶p0=70∶1)下,计算了含1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)的各类推进剂的能量特性参数,分析了氧化剂(AP、RDX、CL-20)及黏合剂(HTPB、PET、GAP、PBAMO)等成分对FOX-7推进剂能量特性的影响。结果表明,将AP加入HTPB/FOX-7推进剂配方中取代FOX-7可有效改善氧条件,有利于推进剂能量的提高。在黏合剂含量较低(质量分数<8%)的推进剂体系中,使用惰性黏合剂有利于提高推进剂的能量;而在黏合剂含量较高(质量分数>10%)的推进剂体系中,使用含能黏合剂提高推进剂能量的幅度优于惰性黏合剂,且GAP优于PBAMO。用FOX-7取代NEPE推进剂中的AP,推进剂最大理论比冲可达2 567 N.s/kg。由GAP/FOX-7/RDX组成的无烟推进剂,在很宽的范围内都可以达到2 400 N.s/kg以上的理论比冲值。     

纳米级金属和金属复合物粉末对高氯酸铵和高氯酸铵/聚合丁二烯复合固体推进剂热分解特性的影响

Effects of metal (Ni, Cu, Al) and composite metal (NiB, NiCu, NiCuB) nanopowders on the thermal decomposition of ammonium perchlorate (AP) and composite solid propellant ammonium perchlorate/hydroxyterminated polybutadiene (AP/HTPB) were studied by thermal analysis (DTA). The results show that metal and composite metal nanopowders all have good catalytic effects on the thermal decomposition of AP and AP/HTPB composite solid propellant. The effects of metal nanopowders on the thermal decomposition of AP are less than those of the composite metal nanopowders. The effects of metal and composite metal nanopowders on the thermal decomposition of AP are different from those on the thermal decomposition of the AP/HTPB composite solid propellant.     

湿度对HTPB复合推进剂力学性能的影响

通过常温湿度试验,研究了HTPB复合推进剂力学性能随试验时间的变化规律.试验证明,湿度使HTPB推进剂的力学性能大幅度下降;经干燥后,其力学性能能够得到部分恢复.用扫描电镜对常温湿度试验前后推进剂的表面状态和拉伸断口进行了对比分析,结果表明,试验后推进剂表面的AP粒子形状有明显改变,拉伸断口上的AP粒子裸露面增大,粒子脱落坑表面光滑、规整.由此得出HTPB推进剂吸湿后,通过干燥方法不能使其力学性能恢复到原始状态.