纳米燃烧催化剂在固体推进剂中的应用研究

综述了纳米燃烧催化剂在固体推进剂中的应用研究, 重点介绍了纳米燃烧催化剂的制备、对固体推进剂组分(RDX、 AP、 NC/NG等)热分解的催化作用及其对固体推进剂燃烧性能的催化作用研究情况, 并对纳米燃烧催化剂今后的研究方向进行了展望.     

高能推进剂燃烧转爆轰实验研究

建立了高能推进剂燃烧转爆轰（ＤＤＴ）实验系统，对装填密度为８３．５％ＴＭＤ多孔床ＤＤＴ过程的宏观参数进行了测量，得到了其速度增长规律，特定位置的压力、诱导爆轰距离等特征值。实验还发现，ＤＤＴ流场存在一不发光区域，该区将ＤＤＴ流场分隔为爆燃区和冲击转爆轰（ＳＤＴ）区，分析了该条件下的ＤＤＴ机理。     

高能硝胺推进剂的暗区压强敏感性分析

从高能硝胺推进剂的燃烧波共性（都存在暗区）出发,分析了暗区压强敏感的物理化学本质,并根据暗区总化学反应,经过理论上推导,认为暗区厚度与压强的三次方成反比,与Ｋｕｂｏｔａ的实验研究结果相近。     

含纳米金属粉高能推进剂热分解性能和燃烧火焰结构分析

对分别含有纳米铝粉、纳米镍粉的高能推进剂热分解性能和燃烧火焰结构进行了研究。结果发现,纳米铝粉、纳米镍粉随着温度的升高逐步改善推进剂的分解特性,纳米铝粉、纳米镍粉在推进剂中倾向于单个粒子燃烧,释放出热量改善高能推进剂燃烧效率。     

纳米镍粉对改性双基推进剂综合性能的影响

为了研究纳米镍粉(nano-Ni)对含铝改性双基(Al-CMDB)推进剂以及含黑索今和铝粉的改性双基(RDX/Al-CMDB)推进剂综合性能的影响,采用吸收-沟槽压延-螺旋压伸法制备了推进剂药柱,测试了nano-Ni对推进剂热安定性能、机械感度、力学性能、能量性能、发动机内弹道性能、室温条件下长贮燃速变化的影响。结果表明,nano-Ni对Al-CMDB推进剂和RDX/Al-CMDB推进剂的热安定性能、机械感度、力学性能、能量性能、长贮条件下燃速变化影响不明显。但是nano-Ni可显著改善Al-CMDB推进剂和RDX/Al-CMDB推进剂的燃烧性能。nano-Ni使Al-CMDB推进剂9.81 MPa燃速从28.32 mm·s~(-1)增加到35.94 mm·s~(-1),12～22 MPa的压强指数从0.26降低至0.12,nano-Ni使RDX/Al-CMDB推进剂9.81 MPa燃速达到36.63 mm·s~(-1),16～22 MPa高低常温均出现负压强指数,Φ130 mm发动机-40℃比冲达到241.1 s,50℃比冲达到246.9 s。     

高能复合推进剂的热分解特性

探讨了不同粘合剂成分对高氯酸铵（ＡＰ）系复合推进剂热分解特性的影响。实验结果证明，ＡＰ系复合推进剂的热分解特性取决于粘合剂成分本身的热分解特性，而压力对热分解的影响较小。添加氧化铁可以促进ＡＰ的热分解和粘合剂的热分解，从而可以促进推进剂的热分解。     

高能固体推进剂中的有机组分的分离测定

基于有关资料和作者的一些实验工作，对新型高能固体推进剂中有机组分的分离测定方法进行探讨。     

准静态压缩对高能固体推进剂燃烧行为的影响

对 NEPE推进剂进行了室温 ( 2 0℃ )和低温 ( - 50℃ )下的准静态压缩实验 ,通过密度测量和显微观察研究了试样宏细观性能的变化。在此基础上 ,进行了热分解和密闭爆发器实验 ,研究压缩和低温作用对该推进剂燃烧行为的影响。结果发现 ,试样细观结构的变化和低温重结晶是影响燃烧行为的主要因素。     

高能复合推进剂的燃烧机理——高能粘合剂的效果

研究证明，ＡＰ系复合推进剂的粘合剂中能量越高燃速也越高。在本试验压力范围内供试验用的推进剂出现燃烧中断，当粘合剂中ＡＭＭＯ含量为８０％以上时，在４ＭＰａ压力下燃烧中断，并有推进剂的绝热火焰温度越高燃速越高的趋势。推进剂的燃烧热显示，在粘合剂中ＡＭ－ＭＯ含量在８０％以下时，ＡＭＭＯ含量越多燃烧热越高，而燃烧热越高绝热火焰温度也越高。推进剂的燃烧热越高燃速也越高。已知叠氮化聚合物单体燃速的速率决定阶段是凝缩相反应，本研究证明，在ＡＰ系复合推进剂中从气相到燃烧表面的热流束影响推进剂燃速的速率决定阶段。     

高能无烟改性双基推进剂中高压燃烧性能

研究了含铅盐、铜盐、炭黑等催化剂的高能无烟改性双基推进剂在中高压下(10～43MPa)的燃烧性能。结果表明,在高压下推进剂的燃速随压强的升高而大幅升高;在25MPa高能无烟改性双基推进剂燃速曲线出现拐点,燃速随压强升高而大幅提高;10～25MPa范围内燃速催化剂对推进剂的燃烧性能有明显影响,NI-Pb/NI-Cu/CB将推进剂燃速提高75.16%(10MPa),而在25～43MPa范围内燃速催化剂对推进剂燃烧性能的影响明显减弱。     

高能固体推进剂冲击起爆特征研究

为了研究高能固体推进剂的冲击起爆行为,对推进剂进行了冲击加载下的拉氏分析实验。采用锰铜压力计测量了推进剂中不同位置的压力历程,分析了推进剂爆轰压力、爆速及爆轰成长距离等爆轰特性。采用拉氏分析实验计算模型、弹塑性流体动力学材料模型及点火增长模型反应速率方程对推进剂的冲击起爆过程进行了数值模拟。根据拉氏分析实验结果,标定了推进剂点火增长模型反应速率方程参数。     

MOFs作为固体推进剂的燃烧催化剂和含能添加剂的研究进展

新材料是固体推进剂发展的基础。其中,新型含能材料以及燃烧催化剂的研发对于改善固体推进剂的性能具有重要的意义。系统介绍了金属有机框架化合物(MOFs)在多相催化以及高能化方面的进展。指出MOFs在催化烷烃、烯烃、醇等有机物以及CO的氧化反应方面具有较高的活性,具备催化推进剂燃烧反应的能力。MOFs在推进剂燃烧过程中原位生成的金属氧化物也可促进推进剂燃烧。引入高含氮量的配体可获得优异能量性能和安全性能的MOFs,改变含能配体的成分、结构及与金属离子的配位方式可调节其能量性能。认为,设计并合成可用于固体推进剂燃烧的高效MOFs催化剂,探讨其在推进剂燃烧过程中的反应机理,揭示其含能基团的成分、结构及与金属离子的配位方式对含能MOFs能量性能的影响等是今后研究重点。     

纳米铝粉在固体推进剂中的应用进展

介绍金属纳米铝粉的制备方法,综述了用于固体推进剂的纳米铝粉的突出效应,例如燃烧完全、提高推进剂燃烧速率、降低压强指数等,阐述其在固体推进剂中可能的作用机理,分析应用中存在的问题,并提出了可行的解决措施。     

高能发射药有效安定剂消耗反应动力学研究

对不同温度(95℃、85℃、75℃和65℃)下分别老化不同时间的高能硝铵发射药、太根发射药和硝基胍发射药进行了有效安定剂含量的跟踪测试。通过数据分析获得了有效安定剂消耗反应的动力学参数Ea、lnA和最可几机理函数g(α)。结果表明,g(α)=-ln(1-α)能够较好地描述高能发射药中安定剂的消耗反应,回归相关系数大于0.98,置信度大于95%。高能发射药中有效安定剂消耗反应的活化能在110~160 kJ.mol-1之间,高能硝胺发射药安定剂反应的活化能高于太根发射药,硝基胍发射药介于两者之间。     

低敏感高能发射药等离子体点火研究动态

介绍了发射药等离子体点火的试验、机理和模型研究的最新进展。分析了等离子体点火技术应用于低敏感高能发射药的可行性,提出了开展低敏感高能发射药等离子体点火研究的概念框架、关键内容以及相关技术措施等。低敏感高能发射药等离子体点火研究应该充分利用电热化学炮中等离子体点火技术的研究成果。在深刻认识低敏感高能发射药特殊配方与等离子体相互作用规律的基础上,合理进行等离子体能量输出功率调控和点火结构设计。     

BAMO/AMMO共聚物基高能固体推进剂能量特性计算和分析

用"能量计算之星"程序(ECS)计算了以3,3-二叠氮甲基氧杂环丁烷(BAMO)与3-甲基-3-叠氮甲氧基氧杂环丁烷(AMMO)的嵌段共聚物(BAMO/AMMO)为黏合剂的高能固体推进剂的能量特性。研究了添加不同增塑剂(1,5-二叠氮-3-硝基氮杂戊烷(DIANP)、聚叠氮缩水甘油醚(GAP)、N-丁基-2-硝酸酯乙基硝胺(BuN ENA))、氧化剂(高氯酸铵(AP)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)及呋咱类化合物(3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)、二硝基偶氮氧化二呋咱(DNAF)、二叠氮基偶氮氧化呋咱(DAAOF))和高能燃料(铝粉(Al)、三氢化铝(AlH 3))对推进剂能量特性参数(比冲(ISP)、燃温(Tc)、氧系数(φ),等)的影响规律。结果表明:Bu NENA增塑的推进剂比冲高于DIANP或GAP增塑的BAM O/AM M O基推进剂。Bu NENA增塑的推进剂中,随着C L-20逐步替代AP,推进剂的Tc呈现先增后减的趋势。当CL-20含量大于55%时,推进剂比冲基本保持不变,趋于最大值。当C L-20完全替代AP,比冲下降。以D N AF代替C L-20可使推进剂比冲由2723.71 N·s·kg-1提高至2798.00 N·s·kg-1。以AlH 3替代Al与CL-20,同时提高体系φ时,推进剂能量得到大幅提高。     

氧化高氮杂环羟胺盐在固体推进剂中的能量性能分析

为评价新的氧化高氮杂环羟铵盐作为复合固体推进剂组分的能量潜力,采用推进剂性能评估程序PEP模拟计算了3,3'-二硝基-5,5'-联-(1-氧-1,2,4-三唑)二羟铵(DHDNBT)、5,5'-联-1,1'-二氧-四唑二羟铵(TKX-50)和5,5'-偶氮联-(1-氧四唑)二羟铵(DHABT)取代AP/Al/HTPB和AP/Al/GAP+NE两种复合固体推进剂体系中AP后的能量效果,并与HMX进行了比较。结果显示,在高固体含量的AP/Al/HTPB体系中,TKX-50和DHABT取代部分AP所得到的配方在很大的配方调节范围内能量性能与HMX取代AP配方相当,DHDNBT取代AP所得配方能量特性与同样含量HMX取代AP所得配方相当。在AP/Al/GAP+NE体系中,DHDNBT配方能量性能与同样含量HMX配方相同。含TKX-50和DHABT配方能量性能优于含HMX配方。含TKX-50和DHABT配方最高冻结流比冲分别为2662.7 N·s·kg-1和2696.0 N·s·kg-1,比HMX取代同体系中AP所得配方的最高冻结流比冲(2622.5N·s·kg-1)高40.2 N·s·kg-1(TKX-50)和73.5 N·s·kg-1(DHABT)。用设想的双-(1-氧-四唑)胺二羟铵(DHBTA)取代AP/Al/GAP+NE体系中AP可使最高冻结流比冲达到2708.7 N·s·kg-1,比HMX取代同体系中AP所得的最高冻结流比冲高86.2 N·s·kg-1,且在很大配方调节范围内有比HMX配方更高的能量特性。     

含和不含催化剂的高能RDX-XLDB推进剂热分解特性研究

利用ＤＳＣ研究在不同压力下含和不含催化剂的高能ＲＤＸ－ＸＬＤＢ推进剂的热分解特性,结果表明：在推进剂热分解过程中,含量占６０％的ＲＤＸ分解放热峰占主导地位,是主分解峰,且随着压力升高,峰温向低温移动,主分解峰温越低,燃速越高,含催化剂的推进剂比不含催化剂的主分解峰温低,燃速高。     

纳米铅盐对双基推进剂的催化热分解

用TG-DSC-IR联用技术和原位热裂解-IR联用技术研究了两种纳米铅盐燃速催化剂,纳米2,4-二羟基苯甲酸铅(n-β-Pb)和纳米邻苯二甲酸铅(n-PhtP)对某配方双基推进剂热分解的作用.实时测定了催化剂对双基推进剂TG-DTG和DSC特征量凝聚相特征基团和热分解气相产物的影响.结果表明:纳米铅盐燃速催化剂使双基推...