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。     

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。     

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。     

不同纳米材料含量对RDX-CMDB推进剂燃烧性能的影响（英文）

为研究3种纳米材料含量对改性双基推进剂燃烧性能的影响,系统地测试了含纳米铜粉(n-Cu)、纳米镍粉(n-Ni)和碳纳米管(CNTs)的含RDX改性双基(RDX-CMDB)推进剂的燃速。在此基础上,通过分析火焰结构、熄火表面和热分解特性探究了n-Ni对RDX-CMDB改性双基推进剂燃烧性能的影响机理。结果表明,质量分数为0.6%的n-Ni使RDX-CMDB推进剂6～16MPa的压强指数由0.29降至0.11。质量分数为0.8%的CNTs使已经含有Pb-Cu-C三组元催化剂的RDX-CMDB推进剂10MPa的燃速从17.12mm/s提高到22.12mm/s。n-Ni使RDX-CMDB推进剂分解放热量增加42.7%,同时提高了推进剂的燃面温度,这可能是n-Ni提高RDX-CMDB推进剂燃速的原因之一。     

含相稳定硝酸铵CMDB推进剂的机械感度和燃烧性能

通过测试撞击感度、摩擦感度和燃速,研究了含相稳定硝酸铵(PSAN)的改性双基(CMDB)推进剂的燃烧性能和机械感度。结果表明,PSAN可改善CMDB推进剂的机械感度;用PSAN作氧化剂,其推进剂的燃速低于RDX作氧化剂的燃速,压强指数高于后者的压强指数;1～5MPa压力范围内随PSAN在配方中含量的增加,推进剂的燃速降低,压强指数升高。     

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。     

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。     

有机铅盐对高能改性双基推进剂燃烧性能和热分解的影响

研究了3种有机铅盐燃烧催化剂NTO铅(NTO-Pb)、水杨酸铅(Sa-Pb)和硬脂酸铅(St-Pb)对高能改性双基推进剂(HEMDB)不同压强下的燃烧性能和热分解的影响.结果表明,有机铅盐燃烧催化剂对HEMDB推进剂的燃烧性能和DSC特征量均有影响;NTO-Pb、Sa-Pb和St-Pb可促进HEMDB推进剂中RDX的热分解;HEMDB推进剂的燃速和DSC特征量均随压强的升高而增大,在1～10MPa压强下该类推进剂的燃速与DSC特征量线性相关.     

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。     

叠氮聚合物燃烧机理

论文研究了叠氮聚合物的燃烧波结构和热解过程以确定控制燃速的参数。研究的叠氮聚合物是带有含能的-N_3官能团的缩水甘油基叠氮聚合物(GAP)。GAP经过亚己基二异氰酸酯(HMDI)处理和与三羟甲基丙烷(TMP)交联后形成GAP推进剂。从实验中发现,尽管GAP推进剂的绝热火焰温度低于一般固体推进剂,但其燃速明显的高。GAP推进剂燃烧面释放的能量是由产生氮气的N-N_2键的断裂引起的。从气相传递回燃烧面的热流量与燃烧面产生的热量比较起来是很小的。GAP推进剂燃烧面的分解活化能E_s为87kJ/mol,燃速用γ=9.16×10~3 exp(-E_s/RT_s)表示,其中γ(m/s)为燃烧速度,T_s(K)为燃烧面的温度,R为摩尔气体常数。在5MPa压力下观察到燃速高的温度敏感性与关系式((?)T_s/(?)T_o )_p=0.481有关,T_o为推进剂初温。     

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。     

叠氮聚合物燃烧机理

论文研究了叠氮聚合物的燃烧波结构和热解过程以确定控制燃速的参数。研究的叠氮聚合物是带有含能的—N_3 官能团的缩水甘油基叠氮聚合物(GAP)。GAP 经过亚己基二异氰酸酯(HMDI)处理和与三羟甲基丙烷(TMP)交联后形成 GAP 推进剂。从实验中发现,尽管 GAP 推进剂的绝热火焰温度低于一般固体推进剂,但其燃速明显的高。GAP 推进剂燃烧面释放的能量是由产生氮气的 N—N_2 键的断裂引起的。从气相传递回燃烧面的热流量与燃烧面产生的热量比较起来是很小的。GAP 推进剂燃烧面的分解活化能 E_s 为87kJ/mol,燃速用Υ=9.16×10~3 exp(-E_s/RT_s)表示,其中Υ(m/s)为燃烧速度,T_s(K)为燃烧面的温度,R 为摩尔气体常数。在5 MPa 压力下观察到燃速高的温度敏感性与关系式((?)T_s/(?)To)_p=0.481有关,T_o 为推进剂初温。     

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。     

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。     

适应高压强的HTPB推进剂的燃烧性能

为改善高压强下HTPB推进剂的燃烧特性,研究了碳酸盐复合调节剂、二茂铁衍生物G、高氮化合物M、纳米铝粉和纳米金属氧化物对HTPB推进剂燃烧性能的影响.结果表明,碳酸盐复合调节剂能够降低推进剂的燃速和压强指数;二茂铁衍生物G能够提高推进剂的燃速,同时将推进剂在8.60～17.12MPa下的压强指数降至0.27;高氮化合物也可降低推进剂的燃速和压强指数;将高氮化合物M与二茂铁衍生物G配合使用可将推进剂在8.63～16.48MPa下的压强指数降至0.24; 纳米铝粉和包覆的纳米金属氧化物可明显降低推进剂的燃速压强指数.     

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。     

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。     

降速剂及其作用位点对丁羟四组元推进剂燃烧性能的影响规律

为研究降速剂对丁羟四组元推进剂燃烧性能的影响规律,将典型季铵盐和金刚烷衍生物两种高效降速剂引入核壳结构铝基复合颗粒Al@HMX和AP@Al,使其分别作用于HMX颗粒内部和AP颗粒表面,制备了4种含降速剂的铝基复合颗粒(Al/A@HMX,Al/B@HMX,AP@Al/A和AP@Al/B);采用扫描电子显微镜对样品形貌进行了表征;采用高速红外相机拍摄推进剂燃烧过程的火焰红外照片,并对推进剂的爆热、密度、点火延迟时间和燃速进行了测试。结果表明,加入惰性降速剂会导致推进剂爆热降低,而Al@HMX复合颗粒能部分抵消这一现象,使推进剂爆热值增加了338J/g;降速剂能够抑制AP和HMX的热分解过程,使达到AlO辐射峰值前维持低强度的“平台段”;而引入Al@HMX后,推进剂的点火延迟时间比基础配方减小49.4%;在10～20MPa范围内两种降速剂均能有效降低推进剂燃速,在此基础上采用Al@HMX可使含季铵盐丁羟四组元推进剂20MPa下的燃速降低7.1mm/s(38.4%),压强指数降至0.25;当降速剂作用于AP表面时,含质量分数1%季铵盐的推进剂在20MPa下燃速可降低5.0mm/s(27.3%)...     

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。