GAP/NC交联改性双基推进剂能量及烟雾特性计算研究

利用推进剂能量特性计算程序,计算了以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)改性单基球形药为粘合剂的GAP/硝化棉(NC)交联改性双基推进剂的能量性能。以燃烧产物中Al_2O_3、HCl的含量评价其烟雾特性。结果表明,随着增塑剂端叠氮基聚叠氮缩水甘油醚(GAPA)含量的增大,理论比冲先增加后降低。随着粘合剂中GAP含量的增加,理论比冲降低,燃烧温度降低;而且增塑比越小,降低的幅度越大。GAPA含量和GAP含量对推进剂的烟雾特性影响不大。采用4,4'-二硝基-3,3'偶氮氧化呋咱(DNAF)取代AP后,在固体含量为60%,推进剂理论比冲在2600 N·s·kg~(-1)时,其燃烧产物与AP配方相比,N_2含量增加了44%,Al_2O_3含量下降了67%,HCl含量降为0,说明GAP/NC推进剂是一种具有高能量、低特征信号的重要推进剂。     

相稳定硝酸铵及其混合物的热分解

硝酸铵（AN）是低特征信号推进剂和无烟推进剂的首选氧化剂，但存在点火、燃烧困难等问题。降低硝酸铵的热分解温度，促进AN的热分解是解决硝酸铵推进剂点火和燃烧困难的途径之一。本实验采用DSC和TG-DTG技术研究了金属氧化物、金属盐、含能粘合剂和六硝基六氮杂异伍兹烷（HNIW）对AN热分解的影响。结果表明，催化剂在一定程度上都降低了AN的吸热分解温度；含能组分加速了AN的放热分解过程。     

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。     

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。     

含5,5'-联四唑-1,1'-二氧二羟铵推进剂的能量特性计算

利用国军标方法 GJB/Z84-1996及CAD系统软件,在标准条件(pc/p0=70∶1)下计算了含5,5'-联四唑-1,1'-二氧二羟铵(TKX-50)的复合改性双基(CMDB)推进剂、端羟聚丁二烯(HTPB)推进剂、硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂及聚叠氮缩水甘油醚(GAP)推进剂的能量特性。结果表明,TKX-50单元推进剂的理论比冲为2623.7 N·s·kg-1,比RDX单元推进剂的理论比冲高6.5 N·s·kg-1。TKX-50是CMDB推进剂中RDX的较好替代物。当TKX-50取代HTPB推进剂中的AP和GAP推进剂中的HMX和AP时,TKX-50基HTPB推进剂和TKX-50基GAP推进剂的理论比冲均存在能量的最优值。当TKX-50取代NEPE推进剂中的AP和HMX时,TKX-50基NEPE推进剂的理论比冲先增后降再增,最大增加20.4 N·s·kg-1。     

含5-氨基四唑硝酸盐(5-ATEZN)推进剂的能量特性

利用最小自由能法,在标准条件(燃烧室压力pc:喷管出口处压力pe=70∶1)下,计算了含5-氨基-四唑硝酸盐(5-ATEZN)推进剂的能量特性。结果表明,5-ATEZN单元推进剂的比冲为2371.38 N·s·kg-1,与黑索今(RDX)及奥克托今(HMX)单元推进剂接近,且5-ATEZN的氧平衡(-10.8%)远高于RDX及HMX。用5-ATEZN取代粘合剂端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂中的高氯酸铵(AP)和RDX时,推进剂比冲和特征速度均降低;而用5-ATEZN取代GAP推进剂中的AP时,推进剂比冲和特征速度随5-ATEZN含量增多呈抛物线形变化,最高比冲可达2580.62 N·s·kg-1,与原配方相比提高17.93 N·s·kg-1。同时由于5-ATEZN不含氯元素,对降低推进剂的特征信号十分有利。因此,用5-ATEZN取代适量AP是实现GAP(聚叠氮缩水甘油醚)推进剂高能化和少烟化的一个可行途径。     

含CL-20的NEPE固体推进剂能量特性及低特征信号的研究

在NEPE推进剂基础配方中添加高能氧化剂六硝基六氮杂异伍兹烷（CL－20），同时降低铝和高氯酸铵（AP）含量，以降低特征信号，大幅度提高推进剂的能量特性。对具体配方的能量水平进行了计算，研究AP、铝粉和催化剂含量对含CL－20的NEPE推进剂能量特性的影响。通过对比分析发现，随着AP、铝粉含量的降低和CL－20的增加，推进剂的比冲增加，体系的特征信号降低。     

氧化剂包覆硼颗粒对硼基推进剂点火燃烧特性的影响

选取高氯酸铵(AP)、硝酸铵(AN)、硝基胍(NQ)、奥克托今(HMX)4种氧化剂,采用重结晶法包覆硼(B)颗粒,制取了相应的B基推进剂样品。利用热重-差示扫描量热及激光点火试验系统研究了不同氧化剂包覆对B基推进剂点火燃烧特性的影响,设置机械混合样品作为对照组。结果表明,AP的包覆会使样品发生低温急剧燃烧,从而促进硼颗粒的低温氧化,有效缩短样品的点火延迟时间至330 ms。与机械混合样品进行对照发现,包覆是产生低温急剧燃烧现象的重要原因。AN包覆的B基推进剂样品具有更低的起始反应温度,为327.6℃,但其整体放热性能较差,平均燃烧温度仅为642.8℃。NQ、HMX的包覆能有效提高B基推进剂的燃烧强度,缩短燃烧时间。其中,NQ有利于提高燃烧强度的峰值;而HMX则更有利于整体燃烧强度的提升,其包覆使B基推进剂燃烧时间缩短为2750 ms,平均燃烧温度达到845.5℃,放热量提高至9968 J·g~(-1)。     

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。     

奥克托今复合改性双基推进剂的燃速特性(上)

实验研究表明,与双基推进剂的燃速特性(燃速随能量的增加而提高)不同,HMX-CMDB推进剂的燃速,在HMX含量低于50％时,随HMX含量增加而降低;在HMX含量高于50％时,随HMX含量增加而提高。     

GAP/AN推进剂燃速特性研究

研究了粘合剂类型、增塑比、ＡＮ含量和粒度、ＡＰ和ＨＭＸ以及Ａｌ的含量对ＧＡＰ／ＡＮ推进剂燃速特性的影响。结果表明,增逆比及ＡＮ含量影响ＧＡＰ／ＡＮ推进剂燃速特性的主要因素结果表明：增塑比和ＡＮ含量越低,ＧＡＰ／ＡＮ推进剂的燃速越高,压强指数越低。     

PECH和GAP的玻璃化转变温度研究（英）

Glycidyl azide polymer (GAP) is one of the most recognized and prominent azide polymer. Because of its superior properties,GAP is used extensively as a high energetic binder or plasticizer in propellants to increase burning and specific impulse. It is very important to research on the glass-transition temperature (Tg) of GAP and its precursor PECH (poly-epichlorohydrin) due to the Tg of binders is the key factor which can influence low temperature properties of solid propellants.     

国外火药含能粘结剂研究动态

综述了近几年火药含能粘结剂的研究，主要介绍了几种热塑性弹性体的合成及性能，其中，CAP基热塑性弹性体、聚MIMMO和BAMO／AMMO共聚物的应用潜力良好。     

泡沫发射药能量特性计算与分析

采用基团加和法估算了以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)、聚硝酸酯缩水甘油醚(PGN)、聚2,2-双叠氮甲基氧杂环丁烷(PBAMO)、聚2-甲基-2-硝酸酯基氧杂环丁烷(PNIMMO)为聚醚多元醇,二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)为多异氰酸酯的泡沫发射药含能聚氨酯粘结剂的生成焓。采用内能法计算了以黑索今(RDX)、奥克托今(HMX)、六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)、1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)、3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)为高能添加剂的泡沫发射药配方的能量特性参数,并绘制火药力为1250,1300,1350 kJ·kg~(-1)的(MDI/GAP1000)/RDX/HNIW、(MDI/GAP1000)/RDX/TNAZ和(MDI/GAP1000)/RDX/DNTF发射药配方的等火药力三角图。结果表明,通过含能聚氨酯粘结剂的结构单元可以估算粘结剂的生成焓。以含能聚氨酯粘结剂和固体添加剂为基本配方的发射药具有较高的火药力,在固含量为50%~70%范围内可以实现火药力≥1300 kJ·kg~(-1)。以HNIW与TNAZ部分替代RDX的发射药配方的等火药力线近似为直线,而添加DNTF的发射药等火药力线存在转折点。RDX含量不高于20%、TNAZ含量不低于52%的(MDI/GAP1000)/RDX/TNAZ发射药能量计算结果满足国际上提出的先进坦克炮用发射药火药力大于1300 kJ·kg~(-1),爆温低于3300 K的指标要求。     

水悬浮包覆造粒下含能黏结剂在PBX 炸药中的应用

为获得更高能量的压装混合炸药,采用含能黏结剂在水悬浮造粒方法下包覆HMX 制备PBX 炸药,对制 备出PBX 炸药的能量与机械感度性能进行研究。结果表明,同等配比情况下,使用含能黏结剂比使用惰性黏结剂制 备的PBX 炸药能量明显提高。与以聚氨酯热塑性弹性体(Estane)制备的LX-14Ⅱ相比,以GAP 基ETPE 制备的JO-13 爆速增加109 m/s、爆热增加226 kJ/kg(提高4.2%);以BAMO/AMMO 基ETPE 制备的JO-X 爆速增加182 m/s、爆 热增加318 kJ/kg(提高5.9%),在能量提高的同时,机械感度有所增大。     

硼铝金属化炸药的制备及性能表征（英）

以奥克托今(HMX)为基,加入氧化剂高氯酸铵(AP)、硼铝复合粉和粘结剂端羟基聚丁二烯(HTPB),设计和制备硼铝金属化炸药.用扫描电子显微镜(SEM)观测了硼粉、铝粉及硼铝复合粉的外观形貌;用热重-差示扫描量热(TG-DSC)分析了奥克托今(HMX)和高氯酸铵(AP)对硼铝粉热氧化特性的影响,对硼铝粉的反应动力学机理进行了深入了解;为掌握金属化炸药对各种外界能量刺激的安全性以及传播爆轰波的能力, 测试了硼铝金属化炸药的撞击感度、摩擦感度、电火花感度、雷管起爆感度和起爆特性.结果表明,硼铝复合粉中,球形Al粉的表面有许多小颗粒的硼粉;在室温~1000 ℃范围和N2气氛下,虽然压力对HMX和AP的热分解峰温有影响,但是,Al粉和B粉仅发生部分氧化,不能燃烧;硼铝金属化炸药的撞击感度为60%~80%,摩擦感度均为100%,电火花感度为3.83~6.40 kV,可以用8#工业雷管直接起爆,表明无粘结剂的硼铝金属化炸药感度较高,使用钝化HMX和AP后其感度明显降低,添加聚氨酯粘结剂后其感度进一步下降,当聚氨酯粘结剂含量为20%时,HMX基硼铝金属化炸药的撞击感度小于10%,摩擦感度小于30%,显示能满足混合炸药制备及加工工艺的安全要求;此外,直径Φ50 mm的硼铝金属化炸药可以用8#工业雷管直接起爆,能稳定传播爆轰波,表现出较强的后效做功能力.