提高溶剂压伸复合改性双基推进剂力学性能研究

力学性能是推进剂在固体发动机中应用的重要参数之一,为有效提高溶剂压伸复合改性双基(CMDB)推进剂力学性能,研究了吸收药种类、溶剂比、增强材料、黏合剂相对分子质量等对推进剂力学性能的影响。结果表明,吸收药种类对推进剂低温力学性能影响较大,溶剂比对推进剂力学性能影响不明显,加入增强材料后CMDB推进剂-40℃冲击强度可达4.06 kJ/m2。     

含CL-20改性双基推进剂的燃烧性能

设计了两组不同含量CL-20或RDX改性双基(CMDB)推进剂配方,研究了CL-20或RDX含量对两组CMDB推进剂燃烧性能的影响。结果表明,在2～20MPa,CL-20改性双基推进剂的燃速高于RDX改性双基推进剂的。CL-20含量越高,CMDB推进剂压强指数变大。现有的铅、铜盐和炭黑催化剂可用于调节含CL-20改性双基推进剂的燃烧性能。     

DINA对含CL-20的复合改性双基推进剂性能影响

针对含六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的复合改性双基(CMDB)推进剂压强指数和摩擦感度较高的问题,采用对硝化棉(NC)增塑能力较强的吉纳(二乙醇硝胺二硝酸酯,DINA)作为辅助增塑剂,研究DINA对含CL-20的CMDB推进剂力学性能、燃烧性能和安全性能等的影响。结果表明,相较于使用3,4–二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)配方,添加DINA的含CL-20的CMDB推进剂延伸率和抗拉强度分别提高了14.8%和1.6%,β转变温度下降1.27℃,在中高压区(10~20MPa)的压强指数下降至0.28,摩擦感度和撞击感度也得到不同程度下降。     

含CL-20的NEPE固体推进剂的性能

用高能氧化剂六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)部分代替NEPE推进剂基础配方中的RDX,研究了CL-20含量、粒度大小对NEPE推进剂能量性能、燃烧性能、力学性能的影响规律。结果表明,在低铝含量NEPE推进剂中加入CL-20后,比冲可提高约54N.s/kg;加入CL-20后,NEPE推进剂在各压力点下的燃速明显比含RDX的NEPE推进剂燃速高,但压力指数差别不大;随着CL-20粒度的增加,燃速呈现先增后降的趋势,在105~125μm时达到最大值,燃速压力指数则表现为先降后增的趋势,105~125μm时最低,最低值为0.423;随CL-20粒径的变化,NEPE推进剂的力学性能有大幅度的变化,粒径为125~154μm时,其综合力学性能最佳。     

组分对高能HTPB推进剂燃烧性能和力学性能的影响

通过调整氧化剂AP粒径与含量、键合剂及R值,研究了固体质量分数为90%的HTPB推进剂的燃烧性能和力学性能.结果表明,在HTPB推进剂能量性能得到提高的同时,推进剂的燃烧性能和力学性能也得到了较好的保证.高固体含量下HTPB推进剂的燃烧和力学性能随配方调节呈现出较为明显的规律.推进剂的燃烧性能稳定,燃速和压力指数可调,压力指数控制在0.30～0.40;分别测定了高温(60 ℃)、常温(20 ℃)和低温(-40 ℃)力学性能,高温、低温和常温下的拉伸强度一般均大于1.0 MPa,低温延伸率最高可达74.7%.     

宽温下螺压改性双基推进剂的温度尺寸效应

为研究宽温下螺压改性双基推进剂的温度尺寸效应,通过热机械分析仪分析了典型推进剂配方在-90～120℃下的轴向线膨胀行为和动态力学行为。结果表明,典型螺压改性双基推进剂在-90～120℃下出现了明显的膨胀行为,轴向形变和线膨胀系数最大值分别达到0.16mm和4.5×10~(-4)℃~(-1)。其膨胀曲线大致可分为缓慢膨胀区、平台区、急速膨胀区和收缩区4个阶段,曲线中3个形变突变过程分别归属于黏结剂NC的β松弛、α松弛和黏流转变。使用温度从-40～50℃拓宽至-55～70℃时,其下限温度的降低对螺压改性双基推进剂的结构尺寸稳定性影响较小,而上限温度从50℃升高至70℃,线膨胀系数从1.55×10~(-4)℃~(-1)迅速升高至2.72×10~(-4)℃~(-1),螺压改性双基推进剂出现明显的尺寸膨胀行为。此外,随着初始加载温度的升高,螺压改性双基推进剂轴向膨胀曲线中的转变及黏流转变明显移向低温。     

组分对高能HTPB推进剂燃烧性能和力学性能的影响

通过调整氧化剂AP粒径与含量、键合剂及R值，研究了固体质量分数为90％的HTPB推进剂的燃烧性能和力学性能。结果表明，在HTPB推进剂能量性能得到提高的同时，推进剂的燃烧性能和力学性能也得到了较好的保证。高固体含量下HTPB推进剂的燃烧和力学性能随配方调节呈现出较为明显的规律。推进剂的燃烧性能稳定，燃速和压力指数可调，压力指数控制在0．30～0．40；分别测定了高温（60℃）、常温（20℃）和低温（-40℃）力学性能，高温、低温和常温下的拉伸强度一般均大于1．0MPa，低温延伸率最高可达74．7％。     

B_4C/Al-Mg复合材料的制备及性能研究

用模压成型法制备了B_4C/Al-Mg复合材料。采用水静力天平、抗折强度测定仪、X射线衍射仪和SEM对其物理性能、力学性能和晶体结构和微观形貌进行了分析,研究了原料配方及烧结温度对B_4C/Al-Mg复合材料的晶型转变、微观形貌、体积密度、力学性能等的影响。结果表明,当Al、Mg的配比为37.0%和3.0%,烧结温度为1150℃时复合材料的综合性能最佳,体积密度为2.40 g/cm~3,抗折强度为303.67 MPa,硬度为79.4 HRC。     

DNTF对NC塑化特性的分子动力学模拟及实验研究

为研究DNTF对CMDB推进剂力学性能的作用机理,通过分子动力学模拟方法建立了NC纯物质和NC/DNTF共混物分子模型,研究了DNTF对NC塑化过程中微观结构的影响,采用拉伸试验研究了DNTF对CMDB推进剂力学性能的影响。结果表明,DNTF与NC分子形成氢键,使NC内分子的氢键减弱,NC分子的刚性降低;加入DNTF后,DNTF-CMDB推进剂的抗拉强度降低、延伸率增加;20℃时延伸率由8.69%增加到33.6%,50℃时延伸率由14.86%增加到45.6%。分子动力学模拟计算结果与拉伸试验结果一致。     

冲击诱导CL-20/TNT共晶化学反应的分子动力学研究

本文采用ReaxFF-lg反应力场的分子动力学方法,模拟了2、3和4 km/s三种不同撞击速度下,波阵面在CL-20/TNT共晶中的传播过程,计算分析了撞击速度对CL-20/TNT共晶内的密度、压力、温度等热力学性质和化学反应的影响。结果表明,撞击速度的增大,波阵面传过时晶体的密度、冲击方向(y轴)的压力和温度均增加,化学反应的分解程度增大。3 km/s时,波阵面的密度、压力和温度分别为2.8 g/cm³、43 GPa和1500 K,与CL-20炸药在相同撞击速度下的热力学性质变化十分接近。冲击作用下,CL-20/TNT共晶分解的小分子产物主要为NO₂、N₂O、NO、N₂、CO₂和H₂O等。     

1,3,3-三硝基氮杂环丁烷作为增塑剂的无烟CMDB推进剂综合性能研究

对1,3,3-三硝基氮杂环丁烷（TNAZ）作为增塑剂的无烟CMDB推进剂的能量性能、安全性能、燃烧性能和热行为进行了研究,结果表明,TNAZ部分代替NG和DINA应用到无烟CMDB推进剂中,一定程度上提高了推进剂的能量,对推进剂的热稳定性影响不大,推进剂的机械感度和不同压力下推进剂的燃速均有所降低。微量量热实验研究发现,高压下TNAZ作为增塑剂的无烟CMDB推进剂的分解温度为180-235℃,其中TNAZ的分解温度大于220℃,而常压下该推进剂中的TNAZ在70～180℃时即挥发或升华。TNAZ的含量变化对TNAZ—CMDB推进剂火焰结构的影响不明显。     

CL-20/TATB混合物的制备及性能表征

为了提高六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的安全性,采用机械混合法和重结晶法分别制备了CL-20/TATB混合物;通过光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、感度测试仪对其形貌、晶型、热稳定性、机械感度进行测试分析。结果表明,机械混合后CL-20表面无明显包覆物,而重结晶混合粒子表面有一层致密的黄色薄膜,同时两种混合物中CL-20的晶型仍为ε型,未发生晶型转变;两种混合物的热分解表观活化能较原料CL-20分别提高了17.3、117.36kJ/mol,热爆炸临界温度分别提高了0.12、3.8℃,重结晶混合粒子的热稳定性明显提高;两种混合物的撞击感度(H50)较原料CL-20分别提高了10.4、54.5cm,摩擦感度的临界载荷分别提高了80、60N,表明重结晶混合粒子的机械感度显著降低。     

CL-20基高能低特征信号推进剂性能初探

开展了CL－20含量对推进剂能量性能、安全性能、燃烧性能的影响研究,研究结果表明：随着CL－20含量增加,推进剂理论比冲、密度、爆热增加,推进剂药浆、药块机械感度（冲击感度和摩擦感度综合考虑）增加,推进剂的燃速增加,含CL－20的推进剂配方的静态压强指数均低于不含CL－20的推进剂配方的压强指数。CL－20含量相同时,以NG／TEGDN为增塑剂的推进剂压强指数与以NG／BTTN的相当。     

用键合剂改善硝胺CMDB推进剂的力学性能

讨论了脱湿对硝胺CMDB推进剂力学性能的影响和脱湿机理,总结了改善硝胺CMDB推进剂力学性能的各种技术途径,认为键合剂是增强硝胺CMDB推进剂界面粘接、提高力学性能的有效和现实的技术途径,综述了键合剂的主要种类及其最新应用研究进展;分析了键合剂在硝胺CMDB推进剂中应用的难点和键合剂选择原则．表明在硝胺CMDB推进剂中应用键合剂是必要和可行的。     

还原型锡酸铅粒度对Al/HMX/CMDB推进剂燃烧性能及安定性的影响

为研究还原型锡酸铅粒度对Al/HMX/CMDB推进剂燃烧性能及安定性的影响,采用干筛法筛选6种不同粒度的还原型锡酸铅,制备了含不同粒度还原型锡酸铅体系的推进剂;通过燃速靶线试验、甲基紫试验与热加速老化试验得到推进剂的燃速、压强指数、甲基紫变色时间和贮存寿命。结果表明,随还原型锡酸铅粒径由7.0μm减至2.5μm,Pb²⁺及SnO₂的催化活性逐渐增大,活化中心愈多,该体系推进剂在15~20MPa范围内的燃速逐渐增加,压强指数由0.30减至0.17;同时还原型锡酸铅粒度的减小加速了该体系推进剂的自催化作用,造成其安定性下降,当还原型锡酸铅的粒径为2.5~3.5μm时,推进剂的安定性显著降低。     

KH550改善硝基胍发射药低温力学性能研究

为了改善硝基胍发射药的低温力学性能和燃烧稳定性,使用硅烷偶联剂(KH550)对硝基胍进行表面包覆处理,制备了KH550改性后的硝基胍发射药。采用扫描电镜、红外光谱仪、差示扫描量热仪研究了硝基胍被KH550包覆后的物理化学性质。采用简支梁抗冲击试验机、万能材料试验机及密闭爆发器试验测试了改性前后硝基胍发射药的常温与低温力学性能及燃烧性能。结果表明,KH550可以通过化学作用包覆在硝基胍表面,且在发射药的黏结体系中未出现团聚现象;包覆后的硝基胍热分解性能稳定,KH550的加入对硝基胍发射药的热分解性能影响不大;与原硝基胍发射药相比,改性硝基胍发射药在低温(-40℃)环境下的抗冲击强度、抗压缩强度和抗拉伸强度分别提高了34.22%、3.71%和11.5%。且改性硝基胍发射药低温(-40℃)的燃烧相对陡度降低,燃烧更加稳定。     

CL-20含量及其粒度级配对NEPE推进剂燃烧性能的影响

采用静态与水下声发射法测试了CL-20含量及其粒度级配对NEPE推进剂燃速与压强指数的影响;采用DSC与TG-IR联用研究了CL-20对NEPE推进剂热分解行为的影响。结果表明,随着CL-20质量分数由42%增至50%,推进剂燃速与压强指数上升,燃烧效率提高,表明CL-20氧化能力高于GAP/硝酸酯含能黏合剂体系;随着CL-20/HMX、CL-20/Al质量比增高,推进剂燃速上升,燃烧效率上升;CL-20对推进剂燃速和压强指数的贡献高于HMX;随着CL-20/AP质量比增高,CL-20/AP混合体系分解产物氧化能力降低,燃烧反应速率降低,燃速降低;CL-20粒度级配对NEPE推进剂燃烧行为影响显著,当CL-20的粒径(d50)在5~50μm时,随着细粒度CL-20含量增高,推进剂燃速与燃速压强指数下降;当体系中存在超细粒度CL-20(d50=500nm)时,推进剂燃速与燃速压强指数随着超细粒度CL-20含量的增加而有所增加,4种粒度CL-20对NEPE推进剂燃速的贡献顺序为:粗粒度>中粒度>超细粒度>细粒度。     

复合催化剂对Al/HMX/CMDB推进剂安定性的影响

含有复合催化剂的Al/HMX/CMDB推进剂样品,在放置3~4周后,爆热、燃速下降,压强指数升高。为找到具体原因,对推进剂试样进行了燃烧性能、真空安定性及DSC热分解实验,并对实验结果进行了系统分析。结果表明:复合催化剂中超细的SnO2具有较强的催化活性,催化推进剂在常温下进行热分解,最终导致推进剂安定性、爆热、燃速下降,压强指数升高。推进剂性能的恶化,严重影响其正常使用。