RDX-CMDB推进剂的高压热分解与燃烧性能的相关性

用高压差示扫描量热法(PDSC)研究了五种含RDX改性双基推进剂RDX-CMDB在不同压力下的热分解特征量及其与燃速的关系。结果表明,压力和催化剂对推进剂的PDSC特征量有明显影响,五种配方的第一分解峰和第二分解峰峰温均随着压力增大呈降低趋势,放热量对分解终始温差的比值(ΔHd/ΔT)均随压力增大而增大,ΔHd/ΔT能更好地表征压力对RDX-CMDB推进剂热分解的影响,ΔHd/ΔT与不同压力下的燃速线性相关。     

GAP/HMX推进剂的燃烧

GAP(缩水甘油基叠氮聚合物)是一种侧链为高能基的叠氮聚合物,利用改变HMX含量的方法研究了GAP/HMX复合推进剂的燃速特性。为扩大燃速区域,采用燃烧催化剂LC(柠檬酸铅)和CB(碳黑)研究了推进剂的燃速变化。在HMX质量含量小于60％时,随HMX含量的增加燃速下降;HMX质量含量大于60％时,燃速随HMX含量的增加而上升。添加燃烧催化剂后燃速增加,压力指数下降。这种燃烧催化剂(LC或CB)分别使用时无催化作用,必须两者同时混入。而且这种燃烧催化剂对GAP粘结剂不产生催化作用。     

AP/AMMO推进剂的燃速特性

用套罩式药条燃烧试验装置研究了AMMO(叠氮甲基-3′甲基氧杂环丁烷)作高氯酸铵基推进剂的粘合剂时推进剂的燃烧特性。实验证明,使用平均粒径为200μm的高氯酸铵(AP)基推进剂在初始温度为298K、压力为2.0MPa时燃速约为6.3×10~(-3)m/s,压力指数较低为0.16。当有1/3的AP平均粒径为63μm时,在同样温度和压力下推进剂燃速可达13×10~(-3)m/s,压力指数也增加为0.5。用这种小颗粒AP的推进剂在压力为2.0MPa时温度敏感系数为0.31％/K。     

GAP推进剂的燃速特性

为了获得广阔的燃速谱,研究了缩水甘油叠氮聚合物(GAP)复合推进剂的燃速和火焰结构。将过氯酸铵(AP)、环四次甲基四硝胺(HMX)或三氨基硝酸胍(TAGN)的精细晶粒与GAP相混合以形成GAP推进剂。因为GAP是一种自身可维持燃烧的高能聚合物,所以GAP推进剂的燃速特性在本质上显然不同于通常的复合推进剂。测定的结果表明:GAP推进剂的燃速、压力指数、温度敏感系数和火焰结构在很大程度上依赖干添加的晶体浓度。这些观察到的燃烧速度特性与晶体粒子的浓度相关。     

一种含能硝基化合物对低燃速低燃温双基推进剂性能影响

为进一步降低低燃速低燃温双基推进剂的燃速、燃温,对一种含能硝基化合物的降温、降速效果进行了实验研究,设计了系列含无机铅盐、有机铜盐及过渡元素金属催化剂的双基配方。通过燃速测试及高压差示扫描量热法(PDSC)研究上述推进剂的燃烧性能和热分解特性。含该硝基化合物的推进剂DSC曲线呈三峰放热,放热峰峰温分别在200℃、280℃、350℃左右,第三峰不明显。结果表明:该含能硝基化合物能有效降低推进剂的燃速、燃温,但使推进剂的压强指数增大,而加入催化剂能改善推进剂的燃烧性能,使压强指数降低,分解放热量也降低。     

包覆前后ACP对高燃速改性双基推进剂高/低压强段燃烧性能的影响

为改善含快燃物ACP(一种以二价铜胺络离子为阳离子的高氯酸盐)高燃速改性双基推进剂的燃烧性能,利用液相沉积法制得聚合物包覆ACP。采用热重分析研究了ACP及包覆ACP的热分解性能;以ACP及包覆ACP作为添加剂,对改性双基推进剂(CMDB)在低压段(3～9MPa)和高压段(11～20.5MPa)燃烧性能进行了对比实验研究。结果表明:ACP及包覆ACP热分解过程均可分为四个阶段,其总失重分别为90.70%和76.22%;在CMDB推进剂中添加ACP及包覆ACP均可提高推进剂的燃速,高压段的燃速压力指数降低,低压段的燃速压力指数增大。含包覆ACP的推进剂在低压段和高压段的燃速压力指数要比纯ACP的低0.1左右。     

高能复合推进剂的燃速特性

已知高氯酸铵（ＡＰ）系复合推进剂的燃速特性受所用粘合剂的种类影响。对粘合剂聚酯多元醇（ＰＯ）、聚丙撑二醇（ＰＰＧ）、３－叠氮甲基３－甲基氧丁烷（ＡＭＭＯ）、端羟基聚丁二烯（ＨＴＰＢ）和聚硫化物进行了探讨。添加氧化铁时不论使用那种粘合剂燃速都增加。氧化铁对粘合剂成分有影响，确认了不同粘合剂成分随压力范围不同其反应速率决定阶段发生变化。叠氮化聚合物高能粘合剂不论有无氧化铁在测量压力范围内表示出扩散决定速率。这是因为燃烧表面附近的放热反应促进ＡＰ与粘合剂分解气体间的化学反应     

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。     

HMX推进剂的燃速温度敏感性

研究HMX(环四次甲基四硝胺)-CMDB(复合改性双基)推进剂的燃速温度敏感性是为了阐明HMX粒子混入双基推进剂网络后的作用。虽然推进剂单位质量所含能量随HMX的重量分数的增加而增加,但在<～0.5时,燃速随的增加而下降;然而当>～0.5时,燃速则随的增加而增加。换言之,在压力不变的情况下,当0.时,燃速达到最小值,而温度敏感性则随的增加单调下降。测试结果显示出,随着的增加,沸腾区(fizz zone)的反应速度单调下降,燃烧表面的反应热单调上升。这种HMX—CMDB推进剂的燃烧模型说明了所观察到的燃速和燃速温度敏感性的特征。     

DNP对CMDB推进剂燃烧性能及热分解的影响

用燃速测试和高压差示扫描量热法(PDSC)试验,研究了N,N-二硝基哌嗪(DNP)逐渐取代改性双基推进剂(CMDB)中的黑索今(RDX)后,对推进剂燃烧性能和热分解特性的影响.研究结果表明,DNP的加入减缓了CMDB推进剂中RDX的热分解反应,使CMDB推进剂燃速降低,压强指数变小,且高压下(12～18 MPa)燃速降低幅度更加明显.当DNP含量增加到20%(DN3)时,DNP的放热分解峰从推进剂主分解放热峰中分离出来,此放热峰在9 MPa下出现肩峰.     

固体推进剂热分解的高压DSC特征量

通过差示扫描量热试验（ＤＳＣ），研究了三种改性双基推进剂及其主要组分ＲＤＸ的热分解，分析了不同压力条件下的分解峰温，峰温差，表现分解热焓以及分解曲线的变化规律，探讨了压力及催化剂对推进剂热分解过程的影响，并与燃速和燃速压力指数进行了初步关联。     

低燃速低燃温双基推进剂燃速与燃烧波特征量的相关性研究

为研究燃速与燃烧波特征量之间的相关性,采用在推进剂内埋设微型热电偶技术,测得了低燃速低燃温双基推进剂的燃烧波结构,并通过数据处理获得了燃烧波的特征量值,包括表面温度、火焰温度、暗区厚度、凝聚相温度梯度和气相嘶嘶区温度梯度。不含催化剂的基础配方燃速随表面温度增大而增大;加入催化剂的配方产生麦撒燃烧,表面温度比基础配方的表面温度有所增加,燃速与表面温度不再是单一的线性关系。火焰温度随压强增大而提高,其与燃速没有明显相关性。结果表明:低燃速低燃温双基推进剂的燃速与燃烧波特征量之间不仅存在线性关系,还存在非线性关系。分析认为是催化剂改变了低燃速低燃温推进剂的燃烧波结构所致。     

高能复合改性双基推进剂的燃速特性(Ⅱ)——添加 HMX 的影响

研究了在双基推进剂中添加高能物质ＨＭＸ的ＨＭＸ／ＣＭＤＢ（复合改性双基）推进剂每单位质量所含能量对燃速的影响。用套罩式药条燃烧器研究了燃烧波结构。在双基推进剂中添加ＨＭＸ时，最终火焰温度增加，燃速下降。明确了最终火焰温度对燃速没有直接的影响。与此同时暗区温度下降，这是因为增加ＨＭＸ质量比时，燃烧表面的反应热减少，沸腾区内的反应变慢。暗区温度越高燃速越高，表示沸腾区内的反应加速，流向推进剂燃烧表面的热流束增加，从而燃速增加。     

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.     

BAMO推进剂燃速的提高

研究了加入ＨＭＸ或ＡＮ／ＨＭＸ的ＢＡＭＯ推进剂的热分解和燃烧特性。叠氮粘合剂起始分解产生的热加速了推进剂中ＨＭＸ和ＡＮ的热分解，高氯酸铵（ＡＰ）和含有炭黑的硬酯酸铅显著改变了含ＮＭＸ基的ＢＡＭＯ推进剂的热分解和燃烧特性。ＡＰ可以提高燃速并略微降低燃速压力指数。铅催化剂使推进剂产生高的燃速值和最低的压力指数。重铬酸铵也影响了含ＡＮ／ＨＭＸ的推进剂样品的热分解和燃烧性能的机理。重铬酸铵和铬醚铜的化合物对含ＡＮ／ＨＭＸ推进剂燃速增加很有效。推进剂中ＡＮ从冷凝相升华和蒸发，在气相以放热反应为主。含ＨＭＸ和ＡＮ／ＨＭＸ的ＢＡＭＯ推进剂在小型发动机测试中显示出无烟的燃烧特性。     

高能复合改性双基推进剂的燃速特性(Ⅲ)——推进剂初始温度的影响

为探讨改变含能量的双基推进剂和ＨＭＸ／ＣＭＤＢ推进剂的燃速与推进剂初始温度的关系，利用套罩式药条燃烧器研究了其燃烧波结构。影响各种推进剂燃速与推进剂初始温度关系的物理特性量，主要是燃烧表面温度与暗区温度。双基推进剂含能量越多，燃速的温度感度越小。增加推进剂含能量和推进剂的初始温度时，燃烧表面温度增加，沸腾区的反应加速，暗区温度上升，沸腾区的温度梯度扩大，流向燃烧表面的热流束增加，从而燃速增加。ＨＭＸ／ＣＭＤＢ推进剂含能量多时燃速对温度的感度变小。增加推进剂能量并降低推进剂初始温度时，燃烧表面温度下降，沸腾区的反应减慢，暗区温度下降，沸腾区温度梯度变小，流向燃烧表面的热流束减少，从而燃速降低。     

BAMO-THF/AN推进剂的燃烧特性

为评估BAMO-THF/AN的燃烧性能和明确其燃烧机理，计算了比冲，测量了燃速，并进行了差示热分析和温度变化测量等。明确了BAMO-THF/AN推进剂的比冲、燃速和压力指数都可取与GAP/AN推进剂的近似值。BAMO-THF/AN推进剂的燃烧特性主要受燃烧表面放热的影响。由燃烧时热平衡得到的表面放热量约为由差热分析得到放热量的1/2。用二乙酞酸酯（DEP）作为推进剂的增塑剂时，观察到不能点火和燃烧中断现象，用BDN-PA-F作为增塑剂时，燃速虽下降，但提高了燃烧连续性能。其原因可能是BDNPA-F具有促进燃烧表面的放热和气相氧化反应的作用。     

BAMO系推进剂的燃烧

为探讨BAMO(3.3-双叠氮甲基氧丁环)作为推进剂粘合剂的可能性,根据不同方案试制了两种粘合剂并测量了燃速,分析了BAMO聚合物的热化学性质,求出了其燃烧特性。     

含球形硼粉CMDB推进剂的燃烧特性

用燃速测试、扫描电子显微镜(SEM)、光电子能谱仪(EDS)和单幅照相技术对比研究了含球形硼粉和Al粉改性双基推进剂(CMDB)的燃烧性能、熄火表面和火焰结构。结果表明:用等质量的球形硼粉替代Al粉,可降低推进剂燃速和凝聚相热分解的剧烈程度,同时推进剂压强指数增大,凝聚相热分解放热量减少,且其熄火表面上存在大量球形硼粉及其燃烧产物熔联、凝聚形成的球状物。     

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。