含硼富燃料推进剂燃烧性能的研究进展

对国内外含硼富燃料推进剂燃烧性能的研究状况进行了综述,总结了提高含硼富燃料推进剂一次喷射效率和二次燃烧性能所采取的技术途径,主要包括硼粒子的表面包覆、推进剂配方的调整、燃气发生器喷管结构的改进、空燃比的变化、合理燃气喷射方式的选择、进气方式、二次进气间距以及进气量的优化等,这些改进可使含硼富燃料推进剂一次喷射效率提高,燃烧残渣减少,二次燃烧效率也大幅度改善。     

国内外含硼富燃料推进剂燃烧性能研究现状

介绍了硼及其含硼富燃料推进剂的燃烧特性，综述了国内外在调节含硼富燃料推进剂的点火、燃烧性能所采取的技术途径，提出了改善含硼富燃料推进剂燃烧性能的方法。     

含硼富燃料推进剂各组分对其低压燃速的影响

采用推进剂静态燃速测试仪和氧弹式量热器的试验方法,研究了各组分对含硼富燃料推进剂低压燃速和爆热的影响。结果表明：增加高氯酸铵(AP)含量、添加燃速催化剂、增加超细AP的含量,可以提高该推进剂的低压燃速;硼含量的增加可以提高推进剂的爆热,但燃速略有降低。热分析的结果表明：增加含硼富燃料推进剂的凝相放热是提高其低压燃速的主要原因。     

固体推进剂中铝和硼的燃烧效率

采用密闭弹收集参与固体推进剂燃烧的所有物质并进行滴定分析,测定铝(Al)和硼(B)的燃烧效率,研究铝和硼的燃烧效率随压力和推进剂中氧化剂变化的情况。为了改善硼的燃烧,对加入铝、粒化推进剂和氧化剂的作用进行了试验研究,发现细粒硼粉能改善硼的燃烧。在药条燃烧试验中,硼粒子与硝酸钾(KNO_3)粒化可产生最高的燃烧效率(40％)。当推进剂中硼与铝共存时,硼的燃烧会妨碍铝的燃烧,试验中观察到的这些现象可通过研究金属粒子的凝聚和引燃过程加以解释。     

含铝推进剂的燃烧效率

为了获得末级发动机用的优化推进剂,评定了推进剂配方变量对低燃速、含铝推进剂燃烧效率的影响,试验用推进剂的组分有过氯酸铵、铝、环四次甲基四硝胺(HMX)、端羟基聚丁二烯(HTPB)。经试验得到了铝聚集的尺寸、燃速及由高速摄影照片和小型发动机试验推导出的比冲。由比冲效率表示的燃烧效率有随燃速增加而提高的趋势,在低L条件下,当铝聚集尺寸减小时,比冲效率提高。铝聚集的程度依赖袋囊结构特性,随铝量的减少和袋囊中铝与细AP质量比的降低,聚集尺寸将减小。使用粗粒的HMX有缩小聚集尺寸的作用,其结果是减小了袋囊体积。HMX颗粒的大小对燃速没有影响,用粗粒HMX代替细粒HMX制做的推进剂,有可能在不改变设计方案的基础上提高火箭发动机的实测比冲。     

改善含硼高能贫氧推进剂燃烧特性的技术途径

综述了国内外对含硼贫氧推进剂燃烧特性及其改进技术的研究成果，结果表明，硼粉具有高燃烧热值，但点火性能和燃烧特性较差，采用硼粉表面包覆，添加易燃金属和高能粘合剂等技术是改善硼粉点火和燃烧特性的有效途径。     

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     

硼粉改性对推进剂工艺性能的影响

采用HAAKE粘度计测定硼粉／丁羟简单体系和实验推进剂药浆屈服值和表观粘度，研究了硼粉的处理效果和处理硼粉BS对硼含量为35％-40％实验配方药浆工艺性能的影响。结果表明：在研究处理硼粉BD、BW、BT和BS系列中，BS的处理效果最好，处理工艺稳定。用处理硼粉BS制成的实验药浆具有较好的可浇性、流平性和适用期。实验药浆的流体特征，在出料初期2—3h内呈Casson或Bingham流体，有显著剪切稀化和明显的静止结构恢复特征。     

RDX/HMX对含硼富燃料推进剂燃烧性能的影响（英）

制备了5种含RDX/HMX的含硼富燃料推进剂,并探讨了RDX/HMX对推进剂燃烧性能的影响。     

燃料组分对含硼富燃料推进剂一次燃烧性能的影响

对含不同金属添加剂(镁、铝及镁铝合金)、不同硼粉粒度及硼粉含量的含硼富燃料推进剂分别进行了爆热(Qv)、燃烧温度(Tf)和成气率(η)测试,对比研究了金属组分对含硼富燃料推进剂燃烧性能的影响。结果表明:镁比铝能提高含硼富燃料推进剂的爆热值、燃烧温度和成气率;镁铝合金比镁更能降低含硼富燃料推进剂爆热及燃烧温度,且提高推进剂燃烧的成气率;当硼粉粒度较粗或较细时,含硼富燃料推进剂的爆热及燃烧温度均较高,而成气率较低,硼粉粒度适中时,推进剂的爆热值及燃烧温度均较低,而成气率较高;硼粉含量增大(氧化剂AP的含量减小),含硼富燃料推进剂的爆热、成气率均降低,而燃烧温度升高。     

硼粉中和改性对B/HTPB混合物流变性能影响研究

为减少硼粉表面的B2O3、H3BO3酸性杂质,无定形硼粉分别用氨水气相(B-1)、氨水液相(B-2)和NaOH溶液(B-3)进行了中和处理。通过HAAKE流变仪研究了中和硼粉B-1、B-2和B-3与HTPB混合物的流变特性,结果表明,随混合时间增加,B-1/HTPB混合物的表观黏度和屈服值增加快,B-2/HTPB混合物增加缓慢,B-3/HTPB混合物几乎不变。通过酸度、TG、IR、XRD等测试探讨了三种中和处理硼粉的机理,结果表明,B-1/HTPB流变性能的改善是由于硼粉表面物理吸附了NH3,其可能隔绝了H3BO3与HTPB的反应,而在混合过程NH3的脱附使B-1/HTPB混合物凝胶,流变性能变差,B-2/HTPB混合物流变性能的改善可能由于硼粉表面酸性H3BO3杂质与氨水生成了少量水溶性化合物,B-3/HTPB混合物良好的流变性能是由于NaOH溶液中和处理硼粉过程生成了水溶性的NaBO2,使硼粉表面的H3BO3杂质含量降低。     

包覆及团聚对硼燃烧的影响

采用DTA-TG研究了包覆材料AP、LiF对硼颗粒热氧化特性的影响。并通过氧弹式量热计测试了不同粒度团聚硼的燃烧热及含硼富燃料推进剂的爆热,研究了包覆材料AP、LiF以及团聚硼颗粒粒度与团聚硼燃烧热和推进剂爆热之间的关系。结果表明,AP有利于提高硼的氧化程度,LiF可显著降低硼的氧化温度。包覆材料可显著改善了硼颗粒的燃烧性能,利于团聚硼颗粒及推进剂能量的释放,且小粒度的团聚硼有利于硼的燃烧。     

环境氧含量和压力对铝镁贫氧推进剂燃烧性能的影响

为研究不同海拔处大气氧含量(氧体积分数)变化对铝镁贫氧推进剂燃烧特性的影响,采用激光辐射点火,使用高速摄影仪记录推进剂的点火与燃烧过程,并利用红外测温仪测量推进剂的表面温度及火焰温度,研究了环境氧含量与压力对推进剂的点火过程、火焰温度和燃速的影响。结果表明,环境气体氧含量高于推进剂热解产物中氧含量时,点火气相化学反应主要发生在推进剂热解产物与环境气体的扩散区,初现焰远离推进剂表面,但随着压力增加,扩散区与推进剂表面之间距离减小;火焰温度与环境氧含量和压力线性正相关;压力与环境氧含量增加时,铝镁贫氧推进剂燃速增加,压力和环境氧含量对铝镁贫氧推进剂燃速的影响符合B数理论,压力是影响推进剂燃速的主要因素,但随着压力增加,压力对燃速的影响相对减小,压力从0.1 MPa增加到1.5 MPa时,压力和环境氧含量的燃速敏感系数比从200下降到40。     

LiF包覆对硼粉热氧化特性的影响

为考察LiF包覆对硼粉热氧化特性的影响,采用DSC-TG技术对LiF包覆硼(BLiF)进行热分析试验。制备了含BLiF的推进剂样品。采用氧弹量热计测试其爆热和热值。考察了BLiF对推进剂一次、二次燃烧过程中能量释放特性的影响。结果表明:与无定形硼相比,BLiF在599℃存在快速氧化反应,有39.9%(质量百分数)的B参与了B/O反应。含BLiF的推进剂使一次能量释放效率和二次能量释放效率明显提高,硼的燃烧效率从65.48%提高到81.57%。这是由高温下LiF通过吸热反应消耗硼粉表面B2O3氧化层,加速B/O反应所引起的。     

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)。     

基于粒子群神经网络的含硼富燃料推进剂一次燃烧性能计算

使用粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)来优化误差反传(back propagation,BP)神经网络的权重和阈值,建立了粒子群神经网络(PSO-BP)计算模型,利用该模型对含硼富燃料推进剂的一次燃烧性能进行了模拟计算,当端羟基聚丁二烯(HTPB,28％ ～32％)、高氯酸铵(...