光电子能谱和X射线能谱在推进剂催化燃烧研究中的应用

应用光电子能谱和Ｘ射线能谱技术，测试固体推进剂燃烧前及中止燃烧后推进剂表面成分和化学状态变化，以研究添加少量铅、铜化合物和炭黑的催化燃烧过程。结果表明，铅盐能够提高燃烧速度，这是由于其分解产物ＰｂＯ／Ｐｂ具有催化作用，使得推进剂表面易于生成含碳物质，而铜化合物和炭黑的加入则起到了辅助催化的作用     

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。     

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。     

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。     

储氢合金/AP/HTPB推进剂的燃烧现象分析

利用单幅照相、微热电偶测温、扫描电镜（SEM）、俄歇电子能谱（EDS）以及X射线衍射（XRD）研究了Al/AP/HTPB推进剂（P-A0）、Al/储氢合金/AP/HTPB推进剂（P-A10）和储氢合金/AP/HTPB推进剂（P-A17）的火焰结构、燃烧表面温度、熄火表面形貌、熄火表面残留元素以及熄火表面残留化合物。结果表明,相对于P-A0,P-A10和P-A17燃面上方有更加猛烈的喷射现象;P-A10和P-A17的燃面温度分别提高了5.92℃和7.45℃,凝聚相反应区域分别扩大了13.13%和4730%;P-A17熄火表面相对平整,突起的合金团表面大部分被氧化;P-A10和P.A17熄火表面残碳量相对P-A0分别减少了15.81%和27.61%,说明储氢合金可以提高AP/HTPB推进剂有机组分在燃面处的燃烧效率;P-A0,P-A10和P-A17熄火表面Al含量依次减少,而Al2O3含量依次增多,说明储氢合金的燃烧效率高于Al。储氢合金替代Al作为燃烧剂,可以明显改善AP/HTPB推进剂的燃烧性能。     

含快燃物ACP丁羟推进剂高压燃烧特性和常压火焰结构

为了研究水合-四-(4-氨基-1,2,4-三唑)高氯酸铜(ACP)对推进剂燃烧特性的影响,利用高压燃速测定系统研究了ACP对丁羟推进剂3～29 MPa压力范围内燃速的影响;收集推进剂在不同压力(3,10,20 MPa)下的燃烧产物,分析了ACP对燃烧产物化学组成的影响;采用显微高速摄像系统获取了推进剂的燃烧火焰和燃烧表面,对燃烧熄火表面及组分进行了研究。结果表明,在丁羟推进剂中添加ACP可大幅提高燃速,添加5%ACP可使推进剂29 MPa下的燃速提高84.8%,9～11 MPa为不稳定燃烧压力区。燃烧压力3 MPa的完全燃烧产物中活性铝含量为16.22%。推进剂在0.1 MPa燃烧时,存在粒径约100μm的粒子被燃烧气流从燃烧表面带入到气相区中分解燃烧的现象,熔铝粒子在燃烧表面无明显团聚。添加ACP使燃烧表面不规则程度增加。     

黑索今对平台催化剂催化效果的增强作用

通过ＤＳＣ实验，研究ＲＤＸ对双基组分中铅／铜盐复合催化剂热分解行为的影响。讨论了该影响与ＲＤＸ对平台推进剂燃烧性能影响的关系。通过分析和计算，认为ＲＤＸ对平台催化效应有正、负两方面的影响。     

包覆高氯酸铵及其燃烧特性研究

对高氯酸铵（ＡＰ）颗粒表面进行包覆,采用溶解试验、ＤＳＣ等对包覆ＡＰ的性质进行了分析。对ＡＰ单元推进剂进行了燃烧性能测定,分析了包覆降低ＡＰ燃烧速度和压力指数的机理。将包覆后的ＡＰ应用于ＡＰ／ＨＴＰＢ复合固体推进剂中,降低了推进剂的高压燃烧速度和压力指数。     

光电子能谱和X射线能谱在推进剂催化燃料研究中的应用

应用光电子能谱和Ｘ射线能谱技术，测试固体推进剂燃烧前及中止燃料后推进剂表面成分和化学状态变化，以研究添加少量铅，铜化合物和炭黑的催化燃料过程。结果表明，铅盐能够提高燃料速度，这是由于其分解产物ＰｂＯ／Ｐｂ具有催化作用，使得推进剂表面易于生成含碳物质而铜化合物和炭黑的加入则起到了辅助催化的作用。     

浅谈固体推进剂燃烧催化剂的评判标准

<正>1燃烧催化剂的技术内涵固体推进剂的燃烧性能调节是实现其工程化应用的必要途径。燃烧催化剂作为固体推进剂的核心功能组分,可在调节固体推进剂燃速,控制能量释放和羽流特征信号等方面起重要作用。目前,对固体推进剂燃烧催化剂的研究主要包括四方面:一是设计制备新型多功能燃烧催化材料并表征其结构和稳定性;二是评估新型催化剂与推进剂组分的相容性和安定性;三是分析燃烧催化剂对推进剂主要组分的催化热分解动力学及机理;四是探讨催化条件下固体推进剂的燃速压力指数、火焰结构与燃烧波温度的变化规律(Q L Yan,F     

活性添加剂对双基推进剂燃烧催化作用的影响

加入活性添加剂可明显改进推进剂的某些性质，以满足推进剂的多用途发展需要。硝酸钾是推进剂、灭火剂的常用组分。对双基推进剂的燃烧研究表明，硝酸钾的存在使推进剂的燃烧催化作用降低。硝酸钾含量越高，催化剂作用越弱。硝胺（RDX、HMX）对推进剂的能量性质和催化作用都有积极作用。由催化剂作用原理分析，在双基推进剂燃烧表面上空有一个自由碳微粒组成的空间，这种碳粒形成一个雾状“骨架”，而催化剂的粒子由凝聚相排出后，会被该骨架截留，在该空间内充分发挥其对气相筢应的催化作用。加入硝铵后，由于RDX、HMX本身均是负氧平衡，可以促进凝聚相表面形成碳骨架。硝酸钾作为正氧平衡的添加剂，可使凝聚相表面上的碳骨架减弱，甚至消失，催化剂失去了能停留在表面上空的载体。因此活性添加剂的氧平衡性质不同，其对双基推进剂燃烧的催化作用不同。     

等离子体点火中止后回收发射药的X射线荧光光谱分析

利用中止燃烧装置,对单基药、双基药、太根药及硝胺药等不同种类发射药进行常规方式和等离子体点火的比较研究。燃烧中止后,回收得到残存发射药。对这些回收发射药表面进行X射线荧光光谱(XRF)分析,以检测发射药表面由于等离子体带来的金属含量。15/19单基药和硝胺药表面的Cu沉积很少;沉积在太根药样品表面的Cu元素,经估算后其含量约为Pb元素的20%左右;而等离子体点火双芳-3的XRF谱图中,Cu元素所处的峰的强度明显增强,经估算后其含量约为Pb元素的50%左右。Cu元素在不同配方发射药表面沉积的相对含量与金属蒸汽罩模型的观点存在不一致。试验结果表明:与常规点火方式相比,等离子体点火燃烧中止后回收得到的发射药表面有金属Cu离子或原子沉积。Cu在发射药表面沉积的相对含量与等离子体发射药能量转移方式、发射药的配方及燃烧状况相关。     

含FOX-7发射药的低压燃烧性能及力学性能

通过中止燃烧试验及密闭爆发器试验研究了含FOX-7发射药的低压燃烧性能。结果表明:随着样品中FOX-7含量的增加,其燃速压力指数降低; 发射药燃烧过程中,药体表面形成连续的熔融层,抑制了RDX的爆燃,发射药燃烧一致性变好,有利于发射药低压下的稳定燃烧。抗冲强度试验结果表明,增加配方中FOX-7含量,发射药抗冲强度增大。     

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。     

制备条件对鞣酸铅催化燃烧活性的影响规律

鞣酸铅(Ta-Pb)是双基系固体推进剂的高效燃烧催化剂,但其催化活性受化学组成、结构等多个因素的影响,导致在实际应用中易出现批次间燃烧催化性能差异较大的问题。为了解决这一问题,探究了氧化铅法和醋酸铅法制备的鞣酸铅样品对推进剂燃速和压强的影响规律,并从Pb2+含量和pH值两方面系统研究了不同条件制备的鞣酸铅的燃烧催化性能。研究结果表明:氧化铅法制备的鞣酸铅催化性能优于醋酸铅法制备的鞣酸铅。随着鞣酸铅中Pb2+含量的升高,推进剂的燃速先增大后减小。在鞣酸与氧化铅摩尔比为1∶5时(Pb2+含量为31.95%),制备得到的鞣酸铅的燃烧催化性能较优,推进剂的燃速可达32.79 mm·s^-1(16 MPa);当调节反应体系pH至中性时,得到的鞣酸铅样品对推进剂燃烧性能的促进作用可以进一步得到改善。最佳的鞣酸铅制备条件为:氧化铅法、鞣酸与氧化铅摩尔比为1∶5、pH为中性。此条件下制备的鞣酸铅可使双基推进剂的燃速高达33.13 mm·s^-1(16 MPa),平均压强指数小于0.4(12~16 MPa)。     

梯度硝基发射药的设计原理与实现方法

为实现发射药能量释放高渐增性,根据枪炮内弹道学原理提出梯度硝基发射药(NGDP)的概念,并论证NGDP能量释放渐增性的基本原理。与传统钝感发射药相比,NGDP氧平衡较高,理论上具有低烟雾、低残渣特征。基于最小自由能算法,分析邻苯二甲酸二丁酯、樟脑和二硝基甲苯钝感的发射药与NGDP燃烧产物中可燃组分(CO、H₂)的含量,发现NGDP燃烧产物中可燃组分含量最低。阐述了NGDP的制备过程,通过扫描电子显微镜和X射线能谱仪以及激光共聚焦显微拉曼光谱仪表征NGDP的微观结构;进行密闭爆发器实验,证实了NGDP具有能量释放高渐增性。结果表明,NGDP是一种有别于现有制式发射药的新型发射药,有望消除或者减少传统表面钝感、包覆发射药存在的烟雾、火焰、残渣、储存稳定性等诸多问题。     

硝胺发射药高压中止燃烧实验研究

用改进的小型弹道模拟装置，对几种硝胺发射药做了中止燃烧实验，中止压力达３００ＭＰａ，并对中止燃烧样品做了ＳＥＭ电镜观察。结果表明，该实验方法与常规的中止燃烧实验方法相比，具有火药中止燃烧前的环境并与膛内较接近，可在较高压力下得到中止燃烧样品等特点。还讨论了某硝胺发射药在不同压力下，其内部组织结构和燃烧表面状况的观察结果。     

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。