纳米镍粉在高能推进剂中的应用研究

文中合成了含纳米镍粉的聚醚聚氨酯体系高能固体推进剂,并应用扫描电镜对复合固体推进剂中所含纳米镍粉进行表征,考察了纳米镍粉对高能推进剂燃烧性能的影响,应用差示扫描量热实验初步研究了纳米镍粉对高能推进剂燃烧性能影响的机理.研究结果表明纳米镍粉能有效调节高能推进剂燃烧性能,虽然纳米镍粉能有效调节高能推进剂燃烧性能,但纳米镍粉的混入分散工艺要改进,避免团聚产生.     

纳米铝粉在固体推进剂中的应用研究

采用与常规铝粉相比较的方法,考察了不同类型纳米铝粉的活性铝含量与燃烧热值,并对含纳米铝粉推进剂的燃烧性能、能量性能进行了测定.结果表明,纳米铝粉自身的能量性能要劣于常规铝粉,亦不能改善推进剂的能量性能,但纳米铝粉有利于提高推进剂的燃速,并降低燃速压强指数.     

纳米金属粉对AP及AP/HTPB推进剂热分解的催化性能研究

用热分析法研究了纳米金属粉(Ni、Cu和Al)对高氯酸铵(AP)以及AP/HTPB推进剂热分解的催化性能.结果表明,质量分数为5%的纳米镍粉、铜粉和铝粉可以明显降低AP的高温分解温度,显示出对AP高温分解反应很好的催化活性;纳米铜粉对AP的低温分解也有很好的催化作用,而纳米镍粉和铝粉却表现出对AP低温分解反应具有一定的阻碍作用.微米级金属粉对AP高温分解反应的催化作用明显小于纳米金属粉.纳米金属粉对AP/HTPB推进剂的热分解同样具有一定的催化效果.     

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。     

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。     

铝粉粒度对含铝推进剂燃烧特性的影响

研究了铝粉粒度对焦点铝推进剂铝粉凝聚行为和燃烧速度的影响，实验和理论分析表明：增在铝粉粒度有利于减小铝粉凝聚程度，而小粒度的铝粉可以改善其点火与燃烧特性。另外，由于铝粉粒度对推进剂燃面的热效应影响，在低燃速推进剂中随铝粉粒度增大燃速降低；在高燃速推进剂中随铝粉粒度增大燃速升高；所以，合理使用铝粉粒度对研制固体推进剂主是至关重要的     

不同类型微/纳米铝粉点火燃烧特性研究

微/纳米铝粉在火炸药领域具有广泛的应用前景,为揭示其在推进剂中的燃烧机理,利用CO₂激光点火装置对不同类型微/纳米铝粉点火燃烧性能进行了实验研究。研究结果表明：微/纳 米铝粉配比中纳米铝粉含量越高,点火燃烧性能越好;80 nm铝粉的点火延迟时间稍大于120 nm 铝粉,分析是由于活性铝含量降低其熔化所产生的内外压差变小所致。同时分析了微米铝粉与纳米铝粉的点火燃烧机理：经纳米镍粒子表面改性后微米铝粉点火燃烧性能有所改善,此时纳米镍粒子作为氧的载体;利用有机物包覆改性纳米铝粉,点火延迟时间增加,但结合其防止纳米铝粉氧化及自身能量性能两方面,采用含能聚合物包覆改性纳米铝粉仍具有很好的应用价值。     

推进剂用纳米膜包覆金属Al粉研究

在活化后的微米金属铝粉表面包覆了一层对固体推进剂组分热分解有催化作用的纳米膜,成功防止了金属铝粉的进一步氧化,有利于高能固体推进剂中活性金属铝粉含量的提高.通过对包覆有纳米膜的复合金属铝粉的SEM、TEM和XPS分析表征,发现纳米膜对微米金属铝粉形成了很好的包覆,包覆膜的厚度为10nm左右.金属粉的比表面积(BET)由包覆前的1.46m2/g,增加到13.74 m2/g,提高了粉体的分散性.热分析研究表明,包覆后的金属粉热量释放更大、更快速、更集中,非常适合于固体推进剂所要求的能量释放特点.     

镍粉对RDX-CMDB推进剂燃烧性能的影响

研究了不同粒径(1μm、3μm、5μm)与含量的镍粉对RDX-CMDB推进剂燃烧性能的影响。燃速测试结果表明:镍粉能有效提高RDX-CMDB推进剂的燃速。1~10MPa下,添加1.5%的3μm镍粉的RDX-CMDB推进剂燃速最高。火焰结构照片显示RDX-CMDB推进剂体系中加入镍粉,燃烧火焰面积大大增加,且降低了暗区厚度。1MPa下的燃烧波温度分布曲线结果显示镍粉的加入对推进剂的燃面温度无较大影响,但是绝热火焰温度大幅度地提高。     

铝粉含量和粒度对NEPE推进剂燃速影响的模型化

以高能固体推进剂热分解特性和燃烧模型的研究成果为基础,建立了由化学结构参数计算NEPE推进剂的燃速和压力指数的公式,计算了铝粉含量和粒度变化对燃烧性能的影响.结果表明,计算结果与实测燃速值的偏差全部在±15％以内,且70%的误差在10%以内.预估在小于5MPa下,使用细粒度的铝粉(1～3μm)可显著降低NEPE推进剂的压力指数.     

超细铝粉燃烧性能研究

研究了四种粒度的铝粉在四组元（ＨＴＰＢ／ＨＭＸ／ＡＰ／Ａｌ）推进剂中的燃烧特性。实验结果表明，超细铝粉可减轻在燃面的凝聚程度，其燃烧性能明显优于粗铝粉。因此，在推进剂中合理使用超细铝粉，可以提高燃烧效率，对配方研制具有十分重要的意义。     

固体推进剂中铝粉的燃烧行为

铝粉在固体推进剂燃烧环境中有燃面凝聚现象。铝凝团大小影响着铝粉的燃烧效率和发动机工作性能。铝粉凝团小,燃烧效率就高。推进剂配方和发动机工作状态对凝团大小有决定性影响。通过合理设计推进剂配方和发动机工作状态,可以控制凝团尺寸,进而提高铝粉的燃烧效率和发动机工作性能。     

Mg、Al及Ni粉对GAP燃烧性能的影响

为详细了解金属粉对聚叠氮缩水甘油醚(GAP)燃烧性能的影响规律,采用物理共混方法制备了不同GAP-金属粉(镁、铝及镍)配比的复合材料,并对复合材料的形貌、热分解、燃烧热、质量燃速及燃温性能进行了分析测试。结果表明:所制备复合材料中的金属粉分布均匀,纳米镍粉质量分数为1.5%时,可将GAP氮气离去分解过程的峰温提前4℃,其它两种金属粉则基本无影响;GAP-金属粉复合材料的燃烧热和燃温主要受金属粉自身燃烧热的影响;此外,纳米镍粉对GAP质量燃速的改善效果优于纳米铝粉和微米镁粉。     

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。     

新型含能材料在丁羟复合推进剂中的应用进展

丁羟复合固体推进剂是以端羟基聚丁二烯(HTPB)为粘合剂的一类固体推进剂。在其成熟的技术体系上,根据目前存在的燃烧羽焰不清洁和燃烧效率较低的问题,介绍了新型含能材料在丁羟复合推进剂中的应用情况。为了实现燃烧羽焰的清洁性,可以使用六硝基六氮杂异伍兹烷(CL?20)、多氮化合物等高能化合物替代部分高氯酸铵(AP),而二硝酰胺铵(ADN)、硝仿肼(HNF)有希望完全替代丁羟推进剂中的AP;而为了提升铝(Al)粉的燃烧效率,可以使用三氢化铝(AlH_3)、纳米Al和各种复合Al粉。总的来说,在丁羟推进剂中应用新型含能材料应当遵循问题导向,以实现燃烧羽焰清洁性和提高铝粉燃烧效率为目标,充分挖掘无氯类氧化剂和铝基复合材料等新型含能材料的特性价值,从而进一步拓展丁羟推进剂应用范围,为推动固体动力技术在军事和民用领域的全面发展做出贡献。     

铝粉粒度和含量对NEPE推进剂燃烧产物颗粒阻尼的影响

为研究铝粉粒度和含量对NEPE推进剂燃烧产物颗粒阻尼的影响,采用密闭弹燃烧法收集了NEPE推进剂的凝相燃烧产物并开展粒度分析,根据Culick线性颗粒阻尼理论计算了燃烧产物对声不稳定燃烧的颗粒阻尼。结果表明,铝粉的粒度和含量均显著影响NEPE推进剂燃烧产物对声不稳定燃烧的颗粒阻尼,主要是由于铝粉粒度和含量影响了凝相燃烧产物的粒度分布。对一定频率声不稳定燃烧,凝相燃烧产物中粒径处于[1/2D_(opt),2D_(opt)](D_(opt)为最佳颗粒粒径)区间的颗粒质量分数越高,燃烧产物的颗粒阻尼效率系数越大,产生的颗粒阻尼越大。燃烧产物中凝相燃烧产物的质量分数是决定颗粒阻尼大小的因素之一,与推进剂中铝粉含量呈正相关。     

铝粉含量对GAP钝感推进剂性能的影响

以铝粉含量为5％、10％、15％和18％的缩水甘油叠氮聚醚(GAP)推进剂配方为研究对象,采用力学拉伸试验机、动态热机械分析仪(DMA)和模拟计算软件等,分析了铝粉含量对推进剂力学性能、界面性能、燃烧性能、安全性能、能量性能和密度等的影响.结果表明,以30μm铝粉代替320μm AP,随铝粉含量的提高,推进剂的最大抗拉强度和最大伸长率逐渐增大,界面性能得到进一步改善;推进剂在3～9 MPa下的静态燃速并未发生明显变化但压强指数由0.43降低至0.40.配方中铝粉含量为5％和18％的推进剂危险等级均达1.3级,其中铝粉含量为18％的推进剂配方的撞击和摩擦感度分别为0％和44％,低于铝粉含量为5％的配方(分别为4％和48％);软件模拟计算表明,铝粉加入量的提高使推进剂的能量和密度均呈上升趋势,但推进剂的标准比冲提升趋势趋于平缓.     

纳米铝基金属燃料推进剂燃烧稳定性研究

针对高金属含量纳米铝基燃料推进剂在实验过程中出现的非均匀燃烧、爆燃甚至爆炸等问题,基于理论分析的方法,深入研究了纳米铝基金属燃料推进剂燃烧过程及燃烧机理,采用推进剂制备与燃烧实验及数值仿真计算的方法进一步验证颗粒尺寸、形貌对推进剂燃烧稳定性的显著影响。在保压时间45 min,最大荷重67 kN,最大压强213.6 MPa制备条件下,对两种不同产地型号的纳米铝粉原料进行燃烧实验对比,结果表明,不同产地颗粒,在尺寸规格、实验环境相同条件下,金属推进剂稳态燃烧时反映燃烧性能的Nusselt数、Sherwood数、蒸发速率、燃烧速率和燃烧时间、比燃速等参数差异明显,在纵横比为10时,扁椭球颗粒的最大燃速1.3×10^-13 kg/s,而长椭球颗粒燃速大约高达3.0×10^-13 kg/s,约为扁椭球颗粒燃速的2.3倍,甚至出现爆燃现象,颗粒粒径、形貌(椭球形颗粒)分布的均一性是影响推进剂爆燃的重要因素。该研究可为纳米铝基金属燃料推进剂优化设计提供参考。     

铝粉形态对低燃速丁羟推进剂燃烧性能的影响

通过静态燃烧性能测试及φ１１２ｎｍ发动机动态评定等实验方法,研究了球形铝粉及非球形铝粉对低燃速丁羟推进剂燃烧性能的影响。结果发现,含球形铝粉推进剂的燃速和燃速压强指数略高于含非球形铝粉的推进剂,而且其燃速可通过调节氧化剂的粒度级配来改变,而燃速温度敏感系数没有显著变化。     

Al-FeF3复合燃料的制备及应用性能

针对固体推进剂在改进铝粉燃烧性能方面的迫切需要,以铝粉为基材,FeF_3作为添加剂,采用高能球磨法制备Al-FeF_3复合燃料。通过研究粉末配比、球磨参数等对铝基复合燃料组织、结构以及热性能等的影响,优化制备工艺,获得平均粒径为微米级的铝基复合燃料。热重-差示扫描量热联用技术(TG-DSC)表明,Al-FeF_3复合燃料在氧化过程中,可以实现较低温度下(600～1400℃)的快速氧化。端燃75发动机试车表明,使用Al-FeF_3复合燃料全部取代普通球形铝粉后发动机壳体内部无较大铝粉熔融残渣,残渣率从6.151%下降到4.215%。结果表明,Al-FeF_3复合燃料有助于解决Al粉在推进剂中不完全燃烧的问题,在降低燃烧残渣率,减少发动机两相流损失方面有着潜在应用价值。