含纳米铝颗粒的JP-10凝胶燃料理化及流变性能

为了提高液体燃料能量并解决纳米金属颗粒在燃料中沉降的问题,研究以有机小分子凝胶剂(LMWG)为凝胶因子,制备了含有纳米铝颗粒的JP-10凝胶燃料,测定了最低凝胶剂含量和凝胶相转变温度,探讨了凝胶剂含量和纳米铝颗粒含量对燃料密度、黏度、离心稳定性等物理化学性能的影响,通过剪切变稀测试、触变性测试、应变扫描、频率扫描等测试了凝胶燃料的流变性能。结果表明,纳米铝颗粒在LMWG/JP-10凝胶燃料中稳定分散,同时凝胶燃料可以在施加剪切力或加热的条件下实现凝胶态与液态的相互转变;铝颗粒的加入显著提高了燃料的密度、体积热值和黏度,当纳米铝颗粒含量为25%时,2%LMWG/JP-10的密度为1.156 g·mL^-1,剪切黏度为840 mPa·s,体积热值为45.8 MJ·L^-1。铝颗粒含量少于25%时会影响凝胶体系的稳定性,但当铝颗粒含量达到25%时,体系的稳定性超过同等LMWG凝胶剂含量的纯燃料。铝颗粒的加入显著增强凝胶体系的机械强度和结构稳定性,但燃料依旧保持良好的剪切变稀特性,并且无法恢复至受剪切作用前的状态。     

添加纳米铝的高密度悬浮燃料点火性能

为了探究含金属颗粒悬浮燃料的点火和燃烧特性,制备了含5%纳米铝颗粒(Al NPs)的HD-01和四环庚烷(QC)的高密度悬浮燃料,采用雾化激波管测试了两种悬浮燃料在不同压力和温度下的点火延时P,通过拟合计算得到了表观点火活化能,分析了悬浮燃料的点火燃烧机理,采用高速摄像机记录了点火燃烧的流场图像。结果表明,悬浮燃料静置4周后无颗粒聚沉现象;在0.05 MPa和0.1 MPa下、1450 K和1750 K内,Al NPs可使HD-01和QC燃料的点火延时缩短约50%,表观点火活化能由161.4 k J·mol~(~(-1))和120.3 k J·mol~(-1)分别降低至156.5 k J·mol~(-1)和112.8 k J·mol~(-1);推测燃烧机理为铝原子优先与O2反应生成O自由基,进而加速燃烧反应。此外,Al NPs能够完全燃烧并促进燃料燃烧过程中的能量释放。     

端叠氮基超支化聚酯的制备与优化

以端磺酰氧基超支化聚酯为前驱体,在二甲基亚砜中与叠氮化钠反应,端磺酰氧基被叠氮基所取代,制备得到端叠氮基超支化聚酯。在此基础上,对端叠氮基超支化聚酯的合成反应进行了优化,结果表明:该合成反应的最优条件为以二甲基亚砜为反应介质,反应温度95℃,反应时间24h,叠氮化钠加入量为化学反应量的1.5倍,催化剂四丁基溴化铵加入量为叠氮化钠物质的量的5.0%;在此条件下,99.8%的端磺酰氧基被叠氮基所取代。     

Al/Ti基纳米复合燃料热反应性及燃烧性能

为有效促进Al/Ti金属间反应,利用高能球磨法制备Al/Ti@AP/NC和Al/Ti@PVDF/CL-20两种核壳型复合燃料。采用扫描电子显微镜评估复合颗粒的包覆效果,利用综合热分析仪研究复合燃料的热反应性能,通过氧弹燃烧仪测试复合燃料的能量性能,借助综合燃烧诊断系统研究复合燃料的燃烧特性,利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究Al/Ti基复合燃料燃烧产物的形貌及成分。研究结果表明：采用高能球磨法可使含能复合物均匀包覆在Al/Ti表面;Al/Ti的加入促进了含能复合物分解,同时含能复合物包覆增强了Al/Ti金属间反应、提高了燃料的火焰传播速度和燃烧波温度;尤其是采用AP/NC含能复合物为包覆层的复合燃料,其火焰传播速度(246.6 mm/s)较相同配方未包覆含能复合物的Al/Ti(23.5m/s)增加了9.5倍,燃烧波温度(1 703.2℃)较Al/Ti(1 069.3℃)提高了59.3%。复合燃料凝聚相燃烧产物成分取决于包覆物元素组成,凝聚相燃烧产物主要包含AlTi₂C和Ti(O_0.19C_0.53N_0.32     

蝶翅状纳米TiO2的制备及其对AP热分解的催化性能

为了提高纳米金属氧化物对高氯酸铵（AP）热分解的催化性能,以天然蓝闪蝶翅为模板,采用浸渍-煅烧法制备得到了蝶翅状二氧化钛（BW-TiO₂）。利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）对其形貌、结构和组成进行了表征,差示扫描量热法（DSC）研究了BW-TiO₂对AP热分解的催化性能。结果表明,制备的BW-TiO₂为锐钛矿型,颗粒粒径为8~12 nm,同时残留有少量的无定形碳和Ti。BW-TiO₂较为完整地保留了蓝闪蝶翅的平行网格骨架结构,其间含有相互连通的纳米级管状通道和大量的中孔。加入5%的BW-TiO₂,可使AP的高温分解峰温从429.1 ℃降至374.1 ℃,放热量从255 J?g^-1提高到1323 J?g^-1,反应活化能从190 kJ?mol^-1降为130.9 kJ?mol^-1。     

纳米Ｃu/CNＴs对AP/HTPB推进剂热分解与燃烧的催化研究

以碳纳米管为载体,采用液相还原沉积法制备了纳米Cu/CNTs复合催化剂,并用SEM、XRD和XPS对其结构和成分进行了表征。研究了纳米Cu/CNTs对AP/HTPB推进剂热分解和燃烧过程的催化作用,结果表明：纳米Cu/CNTs能显著降低AP] HTPB推进剂的热分解峰温,并使总表观分解热明显增大,且对AP/HTPB推进剂燃烧有良好的催化效果,能显著提高推进剂的燃速,降低压强指数。初步探讨了纳米Cu／CNTs催化AP] HTPB推进剂热分解和燃烧过程的作用机理。     

高触变性高密度凝胶碳氢燃料的制备及性能

采用有机凝胶剂(Gn)和气相二氧化硅(SiO_2)分别与HD-01、HD-03、HD-03-I、QC四种纯液体高密度燃料制备了相应的凝胶碳氢燃料,研究了所需凝胶剂Gn和SiO_2的最小添加量,测定了凝胶碳氢燃料的密度、黏度、热值等基础物理性质。考察了其热稳定性、离心稳定性、长期存储挥发性等稳定性能,以及流变性能。结果表明,至少添加6%SiO_2才能使纯液体高密度燃料形成凝胶碳氢燃料,而Gn最小添加量不大于1%,且Gn对燃料本身的密度和热值几乎没有影响;Gn凝胶碳氢燃料在-40℃低温保存、长期室温存储或高速离心后无液体渗出现象;Gn凝胶碳氢燃料的黏度随剪切速率增加而明显下降,接近纯液体燃料黏度;通过扫描电镜发现Gn凝胶剂在燃料中可自组装形成三维纤维网状结构,搅拌或高温(150℃)可破坏该结构,静置或降温又可恢复,使得Gn凝胶碳氢燃料具有明显优于SiO_2凝胶燃料的流变性和触变性,更利于管道运输和雾化。     

气体介质中 JP-10液滴蒸发数值模拟研究

为了进一步了解 JP-10燃料在航空发动机燃烧室中的蒸发燃烧机理,基于 SRK 状态方程,运用数学建模的方法,对 JP-10液滴蒸发过程进行了数值模拟并分析了环境因素对液滴蒸发表面温度变化及液滴生存时间变化的影响。研究表明,气体介质与液滴间的相对速度和环境压力及温度对 JP-10液滴蒸发湿球温度、升温过程及生存时间影响明显。     

叠氮超支化共聚物的制备、表征及其增塑GAP-ETPE推进剂的应用

以3,3-二(氯甲基)氧杂环丁烷(BCMO)和3-乙基-3-氧杂丁环甲醇(EHO)为原料,通过调节单体BCMO、EHO混合摩尔比m,再经阳离子开环聚合和叠氮化反应制备了一系列叠氮超支化共聚物(r-POB-m).采用红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)和元素分析等对其结构进行了表征,结果表明该共聚物具有高分子量(>4400 g?mol-1)、高含氮量(达到43％)且支化度可控.采用X射线衍射仪(XRD)、哈克流变仪及差示扫描量热仪(DSC)分别对其结晶性、黏度和化学相容性进行了测试,结果表明当m=4时,r-POB-4为无定形态且工艺黏度最低,同时与推进剂主要组分相容性良好,适合作为增塑剂.r-POB-4增塑GAP基含能热塑性弹性体(GAP-ETPE)推进剂时,推进剂的断裂延伸率提高了约70％,稠度系数降低了约49％,粘流活化能降低了约20％,且优于端叠氮基聚叠氮缩水甘油醚(GAPA)增塑剂,表明叠氮超支化共聚物作为增塑剂可有效改善ETPE推进剂的力学性能和工艺性能.     

基于模糊PI 控制的甲醇催化燃烧系统温度控制策略

为改善甲醇催化燃烧系统中由于温冲效应导致重整室温度达到稳态时间的滞后问题,运用模糊算法对传统的PI控制器进行优化,根据先验知识实时调整P、I参数,并通过Matlab软件仿真计算和设计实验对2种控制策略性能进行比较.仿真计算和实验结果均表明:在升温快速响应阶段,模糊PI控制器较传统PI控制器响应时间更短、速度更快;在稳定阶段,相较传统PI控制器,模糊PI控制器产生的超调量更小,且能更快使系统温度达到稳定状态.由此可见,模糊PI算法能有效提升系统快速性和稳定性,一定程度改善系统滞后的缺点.     

3,5-二硝基水杨酸锆的制备、热分解机理及其燃烧催化作用

以3,5-二硝基水杨酸、硝酸氧锆和氢氧化钠为原料,合成出了3,5-二硝基水杨酸锆(DNS-Zr),采用有机元素分析、X射线荧光光谱和傅里叶红外光谱(FTIR)对其进行了表征。在程序升温条件下,利用TG-DTG和DSC以及固相原位反应池/傅里叶变换红外光谱(RS-FTIR)联用技术,研究了3,5-二硝基水杨酸锆的热行为和热分解机理,认为3,5-二硝基水杨酸锆先失去一个结晶水,再分解为Zr OCO3和大量的C,同时大量放热,其最终分解产物为Zr O2和C。利用螺压工艺制备了含3,5-二硝基水杨酸锆的推进剂样品,研究了3,5-二硝基水杨酸锆对双基系推进剂燃烧性能的影响。结果表明,3,5-二硝基水杨酸锆对双基系推进剂的催化效率为10%~20%。     

1,8-二羟基蒽醌铅/铜盐的合成及其燃烧催化作用

以1,8-二羟基蒽醌为原料制备了1,8-二羟基蒽醌铅(DHAAPb)和1,8-二羟基蒽醌铜(DHAACu)。采用红外光谱、元素分析及X-荧光对其结构进行了表征。研究了其对双基推进剂和RDX基改性双基推进剂(RDX-CMDB)燃烧性能的影响,结果表明,DHAAPb在低压区(2~6 MPa)能显著提高双基推进剂的燃速,催化效率达到2.0以上;并使双基推进剂在10~16 MPa压力指数降低至0.1;DHAAPb和DHAAPb/DHAACu能使RDX-CMDB 2~6 MPa下燃速提高两倍以上,在6~18 MPa压力范围内,压力指数分别降低至0.29和0.16,且均能呈现平台燃烧。     

没食子酸锆铜的制备及其在双基系推进剂中的燃烧催化作用

以没食子酸、硝酸氧锆和硝酸铜为原料,首次合成出了没食子酸锆(Gal-Zr)和双金属有机盐---没食子酸锆铜(Gal-ZrCu),采用有机元素分析、X 射线荧光光谱(XRF)、傅里叶变换红外 (FTIR)光谱和TG-DTG 对其进行了表征。利用螺压工艺制备了含Gal-Zr 和Gal-ZrCu 的推进剂样品,研究了Gal-Zr 和Gal-ZrCu 对双基系推进剂燃烧性能的影响,分析了其燃烧催化作用。结果表明,Gal-Zr 和Gal-ZrCu 对双基推进剂的燃烧具有良好的催化作用,是一种高效、新型绿色燃烧催化剂。但是,Gal-Zr 或Gal-ZrCu 对RDX-CMDB 推进剂的燃烧没有产生明显的催化作用。