HMX/AP/Al/HTPB推进剂燃速模拟计算

考察了 HMX/AP/HTPB 推进剂及其组分的热分解特性,当混合氧化剂HMX 和 AP 之质量比为1:1时,其热分解曲线呈现出独特的单峰放热分解特征。考察了十种添加剂对 HMX、AP、HMX/AP 和 HMX/AP/HTPB 热分解性能影响以及对 HMX/AP/Al/HTPB 推进剂燃速的影响。提出了改进的 BDP 模型和燃速模拟计算。     

HMX/AP/Al/HTPB推进剂燃速模拟计算

考察了HMX/AP/HTPB推进剂及其组分的热分解特性,当混合氧化剂HMX和AP之质量比为1∶1时,其热分解曲线呈现出独特的单峰放热分解特征.考察了十种添加剂对HMX、AP、HMX/AP和HMX/AP/HTPB热分解性能影响以及对HMX/AP/A1/HTPB推进剂燃速的影响.提出了改进的BDP模型和燃速模拟计算.     

超声空化-表面活性剂水溶法提取RDX/Al/AP/HTPB炸药中的AP

为了对RDX/Al/AP/HTPB炸药的有效成分进行分离回收,研究了以超声空化-表面活性剂水溶法提取RDX/Al/AP/HTPB炸药中高氯酸铵(AP)的分离工艺,探讨了各工艺参数对AP提取率的影响。结果表明,表面活性剂浓度、提取时间和超声频率是影响AP提取率的主要因素,表面活性剂种类为次要因素,料液质量比和提取次数对AP提取率的影响很小。最佳工艺条件为:室温,提取时间40min,料液质量比1∶3,提取次数1次,超声功率3.0kW,表面活性剂为吐温80(质量分数2.0%)。     

HTPB/Al/AP/RDX复合推进剂组元之间相互作用研究

为了探索HTPB/Al/AP/RDX复合推进剂组元之间的相互作用,用DSC和TG-DTG方法以及分解反应动力学计算研究了递增组元的4个混合体系(包括HTPB黏合剂体系、HTPB/Al、HTPB/Al/AP和HTPB/Al/AP/RDX推进剂体系)中各组元之间的相互作用。结果表明,DTG峰温以及反应速率常数k可以表征各组元之间的相互作用,其DSC和TG过程可以分为3个阶段;除Al外,各组元之间存在相互作用,各阶段的质量损失测定值与按组分含量计算的加合值吻合得相当好,表明各组元并没有明显的跨阶段分解;AP与HTPB黏合剂的分解温度区间接近或部分重叠,在HTPB/Al/AP和HTPB/Al/AP/RDX的混合体系中发生了强烈氧化还原作用:四组元体系中RDX在200℃及220℃的速率常数k分别为1.53和6.81s-1,均大于单质RDX在同一温度下的速率常数1.33×10-6和1.06×10-5s-1,说明AP可以加速RDX的分解,但RDX对AP或(AP+HTPB)分解的影响呈现复杂的情况,由于HTPB/Al/AP和HTPB/Al/AP/RDX两体系中AP与HTPB的共同分解过程中存在“等动力学点”(308.0℃),温度低于此点时(AP+HTPB)分解速率常数k因RDX存在而下降,而当温度高于此点时则该k值因RDX存在而增大。通过RDX分解机理解释了存在这种现象的原因。     

HTPB/Al/AP/RDX推进剂初始燃烧的分子模拟

针对一种四组元HTPB推进剂(HTPB/Al/AP/RDX)关键组分,基于第一性原理计算的数据集,使用深度神经网络模型开发了一个机器学习势函数;基于新开发的势函数,建立了四组元HTPB推进剂燃面模型,并进行了大规模的分子动力学模拟计算,对推进剂燃烧时的微观结构、温度、反应组分的时空演化进行了系统统计分析。结果表明,新开发的势函数能够准确描述推进剂组分单质及两两之间界面的能量和受力特性,是一个高精度、高效率的机器学习势函数;燃面模型实现了对推进剂燃烧过程中的AP、RDX、HTPB热解过程精准模拟,阐明了扩散火焰的形成机理以及铝粉从燃面剥离等微观过程,揭示了其中的各组分界面相互作用机制。表明分子动力学模拟能够在原子尺度上实现时间分辨的三维重建,进而获得推进剂燃烧的微观机理,可为固体推进剂的理论研究提供了新的工具。     

超细AP/HTPB悬浮液的流变特性

在改进NDJ-4型旋转粘度仪的基础上。对切应力τ、切变速率γ及剪切速度指数n等流变学参数进行了估算。从填充分数、工艺助剂等方面对含硼富燃固体推进剂用超细AP／HTPB悬浮液流变特性进行了实验研究。结果表明．AP颗粒间通过粘合剂体系形成相互作用是悬浮液呈假塑性流动的主要原因．表面活性助剂(SH)可明显改善超细粒AP的表面性能。     

溶胀/溶解法回收HTPB推进剂中AP组分的实验研究

采用溶胀/溶解法回收报废HTPB推进剂中的AP。研究了浸取时间、浸取温度、四氢呋喃质量分数、液料比(四氢呋喃溶液体积与HTPB推进剂的质量比)、试样厚度及搅拌速率对AP回收率的影响。通过扫描电镜、X射线能谱仪对回收得到的AP进行表征,并对其纯度进行了检测。结果表明,AP的最佳回收工艺参数为:浸取时间6h、浸取温度60℃、四氢呋喃质量分数80%、液料比10∶1(mL/g)、试样厚度3mm、搅拌速率500r/min。其中,浸取时间、浸取温度和四氢呋喃质量分数对AP回收率的影响较大。在最佳工艺条件下,AP的回收率为95.0%,纯度为96.1%,表明此方法可用于报废HTPB推进剂中AP组分的回收。     

AP/Al/SMX/HTPB四组元推进剂能量特性的理论研究

采用推进剂性能评估软件(PEP),计算和比较了2,3-二羟甲基-2,3-二硝基-1,4-丁二醇四硝酸酯(SMX)和HMX取代高氯酸铵/铝粉/丁羟黏合剂(AP/Al/HTPB)推进剂中AP对配方能量性能的影响。用高温化学平衡计算代码模拟计算了AP/Al/SMX/HTPB和AP/Al/HMX/HTPB复合固体推进剂的能量和标准发动机工作过程。结果表明,与HMX相比,SMX能在更大的配比范围内提高HTPB推进剂的能量水平。在质量分数14%HTPB、18%Al的配方中,SMX能有效将推进剂的平衡流比冲提高到2 622.5N·s/kg,比HTPB三组元能量优化配方高27.5N·s/kg。在质量分数14%HTPB、15%Al的配方中,SMX取代AP后,比冲最高可达2 634.2N·s/kg,比HTPB三组元能量优化配方高39.2N·s/kg。在质量分数15%Al、HTPB质量分数为12%和10%的配方中,SMX质量分数可分别达到45%和65%;最高比冲可分别达到2 652.9和2 679.3N·s/kg,比HTPB三组元能量优化配方分别高57.9和84.3N·s/kg。在不含Al或Al含量很低的配方中,SMX可取代全部AP。     

含铜催化剂对RDX/AP/HTPB推进剂燃烧特性的影响

采用热分析方法，研究了五种新型含铜催化剂对ＡＰ、ＡＰ／ＲＤＸ热分解特性的影响，从中筛选出两种催化效果比较好的催化剂。进一步研究了它们对ＡＰ／ＲＤＸ／ＨＴＰＢ推进剂燃速及燃速压强指数的影响。结果表明：这两种催化剂对提高燃速，降低压强指数有明显效果，经适当组合，可进一步提高燃速，降低压强指数。     

RDX/AP/HTPB复合推进剂老化的研究

本文采用高温加速老化的方法,通过测定RDX/AP/HTPB复合推进剂单轴拉伸力学性能、硬度、交联密度和线性燃速等参数随老化时间的变化,利用扫描电镜等实验手段,研究了RDX/AP/HTPB复合推进剂的老化。此外,还测得了这类推进剂的热失重曲线。结果表明,以RDX部分取代AP后,提高了推进剂的热稳定性。     

HTPB/AP/Al复合推进剂燃速降速剂研究

通过测定5．1MPa压强下HTPB／AP／Al复合推进剂药条静态燃速和BSF075mm、BSF0165mm标准发动机实验,研究了（NH4）2C2O4,LiF,CaCO3,SrCO3及季铵盐等燃速调节剂对推进剂燃烧性能、能量性能等的影响。结果表明,季铵盐降速效率最高,季铵盐与碳酸盐组合使用可使固体质量分数为87％的推进剂在5．1MPa压强下的静态燃速降至3mm／s左右。BSFΦ75mm发动机测试表明,含季铵盐与碳酸盐组合降速剂的推进剂配方在3．45～12．17MPa压强范围内的压强指数为0．2,达到了平台推进剂水平,密度比冲较相近燃速的含草酸铵推进剂高2．8％,且内弹道曲线更稳定。     

新型绿色液体推进剂研究进展

对近年来国内外出现的新型绿色（无毒、对环境友好）液体推进剂进行了评述。硝酸羟铵基单组元推进剂具有冰点低、密度比冲高、安全无毒的特点,适用于小卫星和上面级,催化分解技术还有待深入研究;二硝酰胺铵基单组元推进剂比冲高于硝酸羟胺基单元推进剂,发动机脉冲工作能力可与无水肼发动机相媲美,但目前发动机预热温度和燃烧室温度都过高;高浓度过氧化氢／醇基推进剂比冲为常规推进剂比冲的93％,密度比冲为102％;过氧化氢／叠氮胺类不但密度比冲高,而且可实现自燃;一氧化二氮基双组元推进剂在微推进系统中有广泛的应用前景;原子推进剂以其优良的比冲性能将给航天运载器带来革命性的飞跃,但对低温技术提出了挑战。     

超微细 Cu_2O 对 RDX/AP/HTPB 推进剂组分热分解特性影响的研究

通过氧化还原法在微乳液中合成了超微细的Ｃｕ２Ｏ（０．２μｍ）,并用ＤＴＡ研究了超细Ｃｕ２Ｏ、市购化学纯Ｃｕ２Ｏ（３μｍ）、ＹＢ、ＱＣ及它们的不同组合对ＲＤＸ／ＡＰ／ＨＴＰＢ推进剂组分热分解特性的影响。实验结果表明：超细Ｃｕ２Ｏ能大幅度降低ＡＰ和ＲＤＸ／ＡＰ（质量比１∶２）混合体系的分解活化能,其催化作用与市购Ｃｕ２Ｏ相比有较大的增强。与ＹＢ组合对ＡＰ和ＲＤＸ／ＡＰ混合体系的催化有明显的协同效应,对ＲＤＸ也有一定的催化作用。     

HTPB推进剂危险性实验研究

依据联合国危险品分级方法,探讨了热刺激、机械刺激和冲击波刺激对低燃速HTPB推进剂、高燃速HTPB推进剂和四组元HTPB推进剂危险性的影响。结果表明,3种HTPB推进剂的热安定性良好,但对火焰热刺激均十分敏感,具有爆燃性;高燃速HTPB推进剂对机械刺激也极其敏感,摩擦感度(p)为96%,撞击感度特性(H50)为37.2 cm。在无约束条件下,3种HTPB推进剂裸药柱对雷管爆轰作用不敏感,而在钢管的强约束条件下,四组元HTPB推进剂对爆轰冲击波作用敏感,隔板值大于18mm。     

Mechanical Properties of Composite AP/HTPB Propellants Containing Novel Titania Nanoparticles

Modern chemical synthesis techniques have allowed for improved incorporation of nano‐scale additives into solid propellants. Various methods were implemented to incorporate titania nanoparticles into three representative ammonium perchlorate composite propellants (APCP), and the mechanical properties of each formulation were tested and compared to those of an analogous baseline. Advanced imaging techniques were applied to all particle synthesis methods to characterize particle size and particle network type and size. Uniaxial tensile testing was performed to measure propellant ultimate strength, ductility, and elastic modulus. In general, the addition of nano‐titania additives to the propellant decreased propellant strength and modulus, but improved ductility. Propellant formulations containing in‐situ titania exhibited an increase in ductility of 11 %, 286 %, and 186 % with a corresponding reduction in strength of 82 %, 52 %, and 17 % over analogous baselines. These trends corresponded to a simultaneous decrease in propellant density, indicating that when implementing nano‐sized additives, care must be taken to monitor the effect of the altered manufacturing techniques on propellant physical properties in addition to just monitoring burning rates. Tailoring of propellant manufacturing procedures and the addition of Tepanol bonding agent to an in‐situ APCP formulation fully recovered the propellant density and ultimate strength while retaining the enhanced ductility.     

Multiscale Simulation on the Influence of Dimethyl Hydantoin on Mechanical Properties of GAP/RDX Propellants

The influence of dimethyl hydantoin (DMH) on the mechanical properties of GAP/RDX propellant was studied by molecular dynamics (MD) and dissipative particle dynamics (DPD) simulation. The results showed that the binding energies (E_binding) between GAP and different surfaces of RDX were in the order of (010)>(001)>(100). Compared to GAP/RDX, GAP grafted with DMH (GAP‐DMH) exhibits higher binding energies with RDX, and the sequence of E_binding turns to (001)>(010)>(100). Radial distribution simulations demonstrated that GAP‐DMH is more close to the surfaces of RDX, increasing the van der Waals energies between GAP‐DMH and RDX. The stress and strain of GAP‐DMH/RDX excel those of GAP/RDX. DPD simulations showed that GAP‐DMH was able to restrain the agglomeration of RDX, to improve the dispersibility and to enlarge the contact surface with RDX, which also increased the mechanical properties of GAP/RDX propellant.     

Energetic Abilities of Solid Composite Propellants Based on 3,4,5-Trinitropyrazole and Ammonium Dinitramide

The investigation aims at the expansion of the basis of formulations of solid composite propellants by introducing new compositions with lower sensitivity to mechanic impact and improved thermal stability.The formulations based on trinitropyrazole(TNP)contains a binder(a hydrocarbon or active one),aluminum and inorganic oxidizer ADN.The results show that a binary formulation TNP+active binder(18%-19%)(volume fraction)with no metal is well designed which would achieve high specific impulse(at Pc∶Pa=40∶1)of 248s,high density of 1.80g/cm3 and combustion temperature Tcabout 3 450K.In terms of energy,metal-free compositions with TNP lose a bit to those with HMX,only if HMX fraction in formulation is higher than 45%-50%.     

Al粉在高燃速AP/CMDB推进剂中的应用

采用量热仪、燃速仪、PDSC分别研究了含不同粒度和含量Al粉的高燃速AP/CMDB推进剂的爆热、燃烧性能与热分解特性。结果表明,推进剂爆热与Al粉的含量成正比;Al粉质量分数为0~8%时,对推进剂燃烧性能无明显影响;Al粉粒度由14μm减小至5μm时,推进剂爆热降低40J/g,热分解放热量增加107J/g,7~10MPa压强下推进剂燃速提高1~1.8mm/s,7~22MPa下压强指数由0.56降至0.50;当Al粉(质量分数3%)粒度减小为150nm时,推进剂的爆热降低93J/g,热分解放热量增加343J/g,18~22MPa压强下的燃速提高2~3mm/s。