NEPE推进剂燃烧性能研究概况

综述了国内外NEPE推进剂燃烧性能的研究概况，探讨了NEPE推进剂燃烧性能难以调节的原因，指出了调节NEPE推进剂燃烧性能的途径。     

NEPE推进剂在氮气及空气中的点火燃烧特性

为了研究NEPE推进剂的点火燃烧特性,搭建了CO₂激光点火试验平台,使用高速摄影仪拍摄在不同气体环境下NEPE推进剂的燃烧过程,通过信号采集系统测量NEPE推进剂的点火延迟时间,对NEPE推进剂在0.1~3.0 MPa氮气及空气中的点火燃烧特性进行了研究。结果表明,环境压强和环境气体会影响NEPE推进剂的点火燃烧过程,环境压强越大,NEPE推进剂燃烧越激烈,且NEPE推进剂在空气中燃烧时比氮气中更加剧烈。NEPE推进剂的点火延迟时间随着环境压强的增大而减小,当环境压强从0.1 MPa增大到3.0 MPa时,氮气中的点火延迟时间由0.51 s减小到0.29 s,而空气中的点火延迟时间由0.32 s减小到0.18 s,但是当环境压强大于0.5 MPa时,环境压强对点火延迟时间的影响显著降低。同时环境压强会影响NEPE推进剂的燃烧速率,当环境压强从0.1 MPa增加到3.0 MPa时,氮气中的燃速从1.71 mm·s^-1提高到4.54 mm·s^-1,空气中的燃速从2.51 mm·s^-1提高到11.4 mm·s^-1,NEPE推进剂在空气中的燃烧速率增长幅度更大。最后通过燃速经验公式进行拟合,表明Vielle燃速公式更适用于表征NEPE推进剂在0.1~3.0 MPa下的燃速特性。     

XLDB与NEPE推进剂催化燃烧性能的研究

制备了几种含燃烧催化剂的XLDB和NEPE推进剂,利用静态靶线法测试了其燃速。结果表明,对XLDB推进剂,一元水杨酸铅与一元水杨酸铜复配,二者比例为1.5∶0.5时,可使XLDB推进剂压力指数降低27.1%;其它铅、铜盐复配,只增加XLDB推进剂的燃速,对降低其压力指数效果不大;一元水杨酸铅与钼酸镍或氧化钍复配,燃速和压力指数高于和一元水杨铜复配;钼酸镍与其它燃速催化剂复配,不能降低压力指数,但燃速略有提高。对NEPE推进剂,碳酸铅的用量增加,有利于压力指数的降低;多组元燃烧催化剂对NEPE推进剂燃速和压力指数有一定影响,但和双组元的相比,并无大的差异。     

含CL-20的NEPE推进剂的燃烧性能

以CL-20、AP、Al粉和燃烧催化剂逐项添加的方式设计了递进配方[NB(PEG/NG/N-100/C2),NB/CL-20,NB/CL-20/AP,NB/CL-20/AP/Al,NB/CL-20/AP/Al/Ct],研究了含CL-20的NEPE推进剂的燃速特性及CL-20、AP、Al粉和燃烧催化剂对推进剂燃烧性能的影响,并与含RDX的NEPE推进剂的燃烧性能进行了比较。实验结果表明:CL-20取代RDX-NEPE推进剂中的RDX可使推进剂燃速大幅提高,但含CL-20的NEPE推进剂的压力指数高于含RDX的NEPE推进剂,且难以降低;AP质量百分含量为70%的NEPE推进剂NAP的燃速在4～10MPa范围内呈现一平台。将AP加入到含RDX的NEPE推进剂中和含CL-20的NEPE推进剂中能改善推进剂的氧系数,提高燃速,降低压力指数;高燃烧热的Al粉部分取代CL-20,在提高含CL-20的NEPE推进剂的燃速上,具有与CL-20相同的效果;催化剂PbCO3与Pb(NTO)2.H2O降低了含CL-20的NEPE推进剂的压力指数。     

Al粉对NEPE推进剂感度的影响

研究了配方中Al粉含量和粒径对NEPE推进剂的撞击感度、摩擦感度和静电火花感度的影响。结果表明,随配方中粒径为d50=90μm、41μm的Al粉含量增加、HMX含量的降低和Al粉粒径的增加,NEPE推进剂的摩擦感度降低,静电火花感度升高,而由粘合剂包覆的小粒径Al粉可使NEPE推进剂的静电火花感度降低。     

ADN/GUDN双氧化剂对NEPE固体推进剂燃烧性能的影响

设计并制备了含N?脒基脲二硝酰胺盐(GUDN)和二硝酰胺铵(ADN)的硝酸酯增塑聚醚(NEPE)固体推进剂样品,测试了推进剂的燃烧性能(燃速和压强指数)、燃烧火焰结构和燃烧波温度分布,并与不含GUDN和ADN的推进剂性能进行对比。结果表明,GUDN/ADN双氧化剂对NEPE推进剂的燃烧性能有明显的影响,推进剂配方中添加ADN可提高推进剂的燃速和压强指数,含15%、20%和22.5%的ADN替换高氯酸铵(AP)可使推进剂在7.0MPa下的燃速提高25.30%、36.76%和47.69%,GUDN使推进剂在7.0 MPa下的燃速降低18.97%,而压强指数在1～15 MPa提高12.04%,而且在不同压力下含双氧化剂的NEPE推进剂的燃烧火焰结构呈多火焰结构,而且火焰的亮度随着压强的增大而变亮。     

单轴拉伸下NEPE固体推进剂细观结构演化行为研究

为了分析硝酸酯增塑聚醚（Nitrate Ester Plasticized Polyether, NEPE）推进剂在单轴准静态拉伸载荷下细观结构演化行为,基于Micro-CT对拉伸过程中NEPE推进剂开展了原位观测试验,对NEPE推进剂中高氯酸铵（AP）颗粒和初始缺陷的尺寸、形状等细观结构特征进行了表征,获取了单轴拉伸过程中推进剂细观结构的失效过程,并采用孔隙率对NEPE推进剂细观损伤的变化规律进行了定量分析,基于NEPE推进剂细观尺度上结构的演变规律解释了宏观力学性能变化的原因。结果表明,NEPE推进剂初始缺陷尺寸小、体积占比低,平均值为0.12%。单轴准静态拉伸过程中,NEPE推进剂的细观失效过程主要包括孔洞形核、生长与汇聚3个阶段;AP颗粒的体积分数虽然低,但是由于容易脱湿通常成为细观损伤的起点;当AP发生一定程度脱湿后,奥克托今（HMX）也会出现明显的脱湿,在分析NEPE推进剂细观失效问题时应当考虑HMX脱湿行为的影响。大量细观缺陷的形核与生长是NEPE推进剂宏观力学性能进入非线性段的原因,而细观缺陷的不断汇聚使得宏观应力增加落后于应变增加的现象越来越明显。加载过程中孔隙率呈现出先缓慢增加再急剧增加最后增加趋于平缓的变化趋势,孔隙率的变化规律不仅能够定量地反映NEPE推进剂细观缺陷的演化阶段,与NEPE推进剂宏观力学性能的变化也具有一定的对应关系。     

ADN/GUDN 双氧化剂对NEPE 固体推进剂燃烧性能的影响（英）

设计并制备了含N?脒基脲二硝酰胺盐（GUDN）和二硝酰胺铵（ADN）的硝酸酯增塑聚醚（ NEPE）固体推进剂样品,测试了推进剂的燃烧性能（燃速和压强指数）、燃烧火焰结构和燃烧波温度分布,并与不含GUDN和ADN的推进剂性能进行对比。结果表明,GUDN/ADN 双氧化剂对NEPE推进剂的燃烧性能有明显的影响,推进剂配方中添加ADN可提高推进剂的燃速和压强指数,含15%、20%和22.5%的ADN替换高氯酸铵（AP）可使推进剂在7.0MPa 下的燃速提高25.30%、36.76%和47.69%,GUDN使推进剂在7.0MPa下的燃速降低18.97% ,而压强指数在1~15MPa提高12.04%,而且在不同压力下含双氧化剂的NEPE推进剂的燃烧火焰结构呈多火焰结构,而且火焰的亮度随着压强的增大而变亮。     

HTPE推进剂机械刺激下的安全性研究

为研究HTPE推进剂在机械刺激下的安全性，采用BAM撞击感度仪和摩擦感度仪测试了其临界撞击能量和临界摩擦力，参考北约STANAG 4496标准对其进行破片撞击试验，测试其在不同破片撞击速度、不同破片撞击角度下的响应等级。结果表明：该HTPE推进剂的临界撞击能量为7J，其在撞击刺激下的安全性高于常规丁羟推进剂，临界摩擦力为54N，对摩擦刺激敏感；撞击角度90°时，破片速度增大（2 100～2 300 m/s）,HTPE推进剂响应等级均为V类（燃烧）；破片速度为1 850 m/s、撞击角度60°时，HTPE推进剂响应等级为Ⅲ类（爆炸）；撞击角度由90°转为60°时，HTPE推进剂受到的摩擦作用增强，响应等级由燃烧转为爆炸，其破片撞击安全性下降。     

超细铝粉对NEPE推进剂燃烧性能的影响

采用多种实验技术研究了级配铝粉（含超细）在NEPE推进剂中的燃烧特性，实验结果表明采用含超细的级配铝粉可以有效地改善NEPE推进剂的燃烧性能，提高铝燃烧效率。其原因在于超细铝粉有不同于普通铝粉的燃烧与热化学行为，它倾向于单颗粒燃烧，并且能大幅度提高推进剂热分解放热量。     

含CL-20的NEPE推进剂高压热分解特征量与燃速的关联

用高压差示扫描量热仪(PDSC)对常压(0.1MPa)及高压条件(2,4,6,8MPa)下含CL-20的NEPE推进剂的热分解特性进行研究,指出催化剂能够引起推进剂分解峰温和放热量的变化,且这种变化因压力的不同而不同.将燃速与热分解速率和压力的平方根用一线性方程相关联,得到了含CL-20的NEPE推进剂以热分解特征量表征的燃速关系式,并获得了燃速与PDSC特征量相关因子(kr),kr可以反映出催化剂对推进剂燃速的调节作用.     

NEPE推进剂燃烧性能调节技术研究

研究了NEPE推进剂燃烧性能的影响因素和影响规律，通过使用适量的高效降指剂、调整AP、Al、HMX用量和粒度、选择合适的增塑剂可有效地降低NEPE推进剂压强指数和调节燃速。     

NEPE推进剂燃速催化剂选择及其对燃烧性能的影响

通过对粘合剂及推进剂能量和粘合剂理论燃烧产物的分析与比较，预计ＮＥＰＥ推进剂将同时具有ＡＰ－ＨＭＸ－ＣＭＤＢ和ＡＰ－ＨＭＸ－ＨＴＰＢ的燃烧特性，在此基础上，初步研究了在ＣＭＤＢ中行之有效的燃速催化剂对ＮＥＰＥ燃速和压力指数的影响，在４－９Ｍａ压力范围内观察到加入燃速催化剂和降低ＡＰ氧化剂粒度是改善燃烧性能的两条重要措施，燃速催化剂主要通过提高推进剂在低压下的燃速而发挥作用，仅靠增加燃速催化剂用量不     

HMX与燃烧催化剂共包覆降低NEPE推进剂的压力指数

利用端羟基聚氨酯预聚物乳液与异佛尔酮二异氰酸酯（ＩＰＤＩ）聚合反应,对ＨＭＸ和燃烧催化剂进行共包覆研究。选择三羟甲基丙烷作为制备端羟基聚氨酯预聚物的三元醇,使设计的交联换覆层具有抗溶解的抗剪切能力。经过对比,得出合适的乳液聚合－包覆工艺条件：反应温度为４５℃,反应时间为１２ｍｉｎ,预聚物用量为０．３０￣０．３５ｇ。这ＨＭＸ与燃烧催化剂的共包覆样品用于制备ＮＥＰＥ推进剂,燃速压力指数下降了０．０４。     

固体火箭推进剂过保温后力学性能试验研究

为了研究固体火箭推进剂过保温后的力学性能,在保温温度为50 ℃的条件下,对NEPE推进剂哑铃型试件进行了3个不同拉伸速率下10组保温时间下的拉伸试验。试验结果表明,与未保温的NEPE推进剂试件相比,保温之后NEPE推进剂的强度有一定的提高,延伸率出现明显的下降; NEPE推进剂试件的保温时间越长,抗拉强度越大; 在保温时间相同的情况下,保温次数越多,抗拉强度越大; 保温时间和保温次数对NEPE推进剂的延伸率没有影响。     

碳纳米管(CNTs)对Al-CMDB推进剂燃烧性能及力学性能的影响

为了研究碳纳米管(CNTs)对含Al改性双基(Al?CMDB)推进剂燃烧性能和力学性能的影响,采用吸收?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;测试了推进剂样品在高低常温时的拉伸强度及延伸率。通过扫描电镜、火焰照片、燃烧波、熄火表面形貌及元素分析和DSC分析了碳纳米管影响Al?CMDB推进剂燃烧性能的原因。结果表明,在Al?CMDB推进剂中加入0.7%碳纳米管在6～20 MPa可提高推进剂的燃速,其中6 MPa下燃速提高最多,为4.98 mm·s~(-1);6～20 MPa下压强指数从0.57降低为0.45。管径10～20 nm的碳纳米管能提高Al?CMDB推进剂高低常温的拉伸强度及延伸率。碳纳米管对推进剂的热分解峰温影响不明显,但可使推进剂分解放热量增加。     

含咪唑类铅盐催化剂的RDX-CMDB推进剂燃烧性能

研究了咪唑类含能铅盐(E-Pb)催化剂含量及与炭黑复配时对RDX-CMDB推进剂的燃速、压强指数及燃烧火焰结构等燃烧性能的影响。分析了含能催化剂和惰性催化剂影响RDX-CMDB推进剂燃烧行为的原因。结果表明,含有含能催化剂的RDXCMDB推进剂的燃烧性能优于含惰性催化剂的RDX-CMDB推进剂的燃烧性能。10 MPa下的燃速由不含催化剂的推进剂的11.74 mm·s-1提高至含E-Pb的推进剂的25.36 mm·s-1,且随E-Pb含量的增加该推进剂的燃速增加。当含能铅盐与炭黑复配时催化效果更佳,炭黑与含能铅盐质量比为1.5∶0.25时,在4~17 MPa较宽区间出现平台燃烧,压强指数n0.25。表明,含能铅盐对推进剂的燃烧火焰结构、暗区厚度、燃面上的亮点数目等的影响有一定规律性。     

含氟功能助剂对发射药燃烧性能的影响

为提高发射药表面防盐湿、耐高温性能的同时调控其燃烧性能,采用TiO2纳米粒子与含氟单体反应合成了TiO2-含氟丙烯酸酯功能助剂。功能助剂和太根双基推进剂药片共混制备了发射药颗粒,对其进行了密闭爆发器实验。研究了含氟功能助剂的含量、含氟量及粒径对发射药定容燃烧性能的影响。结果表明:随着十二氟功能助剂含量的降低,发射药燃速呈增大趋势。十二氟功能助剂使发射药燃速提高0.1~0.3 cm·s-1,三氟功能助剂使发射药燃速降低0.4~1.0 cm·s-1。在本实验条件下,粒径对改善发射药燃速效果不明显。为更好地调控发射药起始燃烧速度,需要综合考虑含氟功能助剂链段中含氟量与TiO2含量二者比例以及发射药聚集体的物理形态。     

一种非铅双基推进剂燃烧性能调节

改变新型有机铋铜复盐( Gal-BiCu)催化剂的含量,采用不同类型和含量配比的增塑剂(苯二甲酸二乙酯(DEP)、硝化甘油(NG)、醋酸甘油酯(TA)和吉钠(DINA))以及添加不同粒径炭黑的方法,研究了非铅绿色推进剂燃烧性能调节技术.结果表明,采用新型催化剂Gal-BiCu,10 MPa下推进剂燃速可在13.92 ～...