复合催化剂对Al-HMX—CMDB推进剂燃烧性能影响的研究

讨论了用锡酸铅、铜盐和CB复合的催化剂对Al-HMX-CMDB推进剂燃烧性能的影响。复合催化剂使该推进剂在10～22 MPa下,n<0.3、燃速可在27～35 mm/s之间调节。该推进剂产生的超速和平台效应,主要是在燃烧过程中C、SnO_2是活性组分Pb、PbO(或CuO)的载体,增强了Pb、PbO(或CuO)的催化性能,使该催化剂有良好的催化活性。     

纳米炭载PbO·CuO复合催化剂的制备及其应用

采用三元溶胶-凝胶技术和超临界干燥法制备出纳米炭载PbO·CuO复合催化剂,用扫描电镜和元素分析仪对其颗粒表面进行形貌表征和元素分析;将其应用至交联改性双基推进剂中,研究了该复合催化剂对推进剂燃烧性能及火焰结构的影响,并与同配比的微米级PbO/CuO/CB混合催化剂进行了对比。结果表明,采用该方法制备的纳米炭载PbO·CuO复合催化剂颗粒分布均匀,单组分含量可以有效控制,PbO和CuO均匀负载在纳米炭上,颗粒尺寸为30~60nm,可有效改善交联改性双基推进剂的燃烧性能;当PbO、CuO、CB的摩尔比为5∶10∶3时,推进剂在10~20 MPa内的燃速压强指数可降至0.36;与含微米级PbO/CuO/CB混合催化剂的推进剂相比,含纳米炭载PbO·CuO复合催化剂的推进剂火焰燃面更不规则,火焰亮度和亮黄丝线明显增加,燃烧更为剧烈,表明纳米炭载PbO·CuO复合催化剂对交联改性双基推进剂催化效果明显优于微米级PbO/CuO/CB混合催化剂。     

CuO/CNTs的制备及其对双基推进剂燃烧的催化作用

以醋酸铜和碳纳米管为原料,在常压和100℃下,用溶胶浸渍法制备出CuO/CNTs复合纳米催化剂,采用XRD、TEM等对CuO/CNTs进行了表征,并考察了其对双基推进剂燃烧的催化作用。结果表明,纳米CuO以8～10nm的椭球形粒子和长度50nm、宽度5nm的棒状粒子两种形态附着在碳纳米管表面。CuO/CNTs复合纳米催化剂可显著改善双基推进剂的燃烧性能,使其燃速大幅提高,压强指数降低。在6MPa、质量分数为2.5%时,该催化剂使推进剂的燃速从5.20mm/s提高到11.77mm/s,提高了115%;在16～22MPa出现平台燃烧,在该压强范围内的压强指数从0.617降低至0.238。     

纳米复合物PbO·SnO2的制备及对双基和RDX-CMDB推进剂燃烧性能的影响

以Pb(NO3)2、SnCl4·5H2O和NaOH为原料,采用室温固相化学反应法制备纳米复合物PbO·SnO2.用X-射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和扫描电镜能谱(SEM-EDS)对纳米复合物PbO·SnO2的组成、大小、形貌进行表征.研究了纳米复合物PbO· SnO2对双基和RDX-CMDB推进剂燃烧性能的影响.结果表明,纳米复合物PbO·SnO2的平均粒径约为40～60 nm,在2～20 MPa压力区,能明显提高双基推进剂的燃速,在10～20MPa的压力指数为0.257.在2～20 MPa压力区,该纳米复合物使RDX-CMDB推进剂的燃速有所提高,与炭黑复合使用时,其催化效率进一步提高.     

一种非铅催化硝胺改性双基低燃速低燃温推进剂

为降低双基低燃速低燃温推进剂的燃速、燃温,将含能添加剂PQ加入含HMX的CMDB推进剂中。研究了含能添加剂PQ与HMX复配后部分取代配方中的NC和NG对燃速、燃温的影响,并采用常规的Pb—Cu盐复合催化剂和非铅催化剂体系对该配方体系的燃烧性能进行了调节。结果表明,加入适量的复合含能添加剂能有效降低推进剂的燃速和燃温,可使推进剂理论燃温低于1200K,燃速低于2．5mm／s（10MPa,20℃）;与常规Pb—Cu盐催化剂相比,非铅催化剂的催化效率更高,配方的燃烧性能更好,压强指数可低至0．16（3～7MPa）,获得平台燃烧。含能添加剂PQ降低燃速、燃温的原因是加入PQ后,推进剂的能量水平下降以及PQ在分解时的熔化吸热降低了化学反应速率。     

纳米催化剂对双基系推进剂燃烧性能的影响

研究了10种不同纳米催化剂对双基或RDX—CMDB推进剂燃烧性能的影响,发现经表面处理的纳米复合物(n—TPCC)是一种非常有效的纳米催化剂,它使得双基推进剂在6～10MPa呈现麦撤燃烧特征,8～IOMPa的压力指数为-0．867;改进n—TPCC加入方法后,可显著提高n—TPCC在低压下的催化效率;在RDX—CMDB推进剂中,n—TPCC与碳黑复合后,其催化效率进一步提高,且使推进剂在12-22MPa出现了一个宽压力范围的平台区,燃速压力指数小于0．3。     

过渡金属催化剂对低燃温双基推进剂性能的影响

为探索过渡金属催化剂粒度对低燃温双基推进剂燃烧性能、点火性能的影响,分别测试了含不同粒度(1μm、3μm、5μm)过渡金属催化剂及粒度级配的低燃温双基推进剂的燃速。以压强指数较小作为优选标准,对优选配方进行放大试验。采用螺旋压伸成型工艺制备了Φ50mm标准发动机药柱并进行发动机点火试验。结果表明,过渡金属催化剂可显著改善推进剂在低压下的燃烧性能,降低压强指数及临界燃烧压强,使推进剂在2MPa下能稳定燃烧。该装药在低温下(-40℃)点火正常、燃烧稳定。     

铅盐对无烟NEPE推进剂燃烧性能的影响

通过测定不同压力下推进剂的燃烧性能以及熄火表面元素分析,研究了3种铅盐(LF、LP和LC)对无烟NEPE推进剂燃烧性能的影响。结果表明,LF、LP或LC使该推进剂的压强指数在3～5MPa压力范围内降至0.33～0.48,5～12MPa降至0.18～0.58。推进剂熄火表面元素分析结果表明,LF和LP中的铅元素在推进剂燃烧过程中更易于在燃面富集,而LC中铅元素在燃面上的富集程度相对较弱,这与3种铅盐对无烟NEPE推进剂的燃速催化效果一致。     

低燃速低燃温双基推进剂燃烧性能的调节

为调节低燃速燃温双基推进剂的燃烧性能(燃速及压强指数)，探索铅、铜盐和碳黑等燃烧催化剂在该类推进剂中的催化效果，从理论燃温在900～1700K的低燃速双基推进剂中选出4种作为基础配方，分别加入不同种类的铅盐、铜盐及碳黑等燃烧催化剂，改变催化剂的加入量及搭配关系，进行了一系列试验研究。同时还研究了辅助增塑剂对推进剂燃烧性能的影响。结果表明，常规的铅、铜盐和碳黑等催化剂在低燃速低燃温推进剂中仍能发挥催化作用，作用效果与催化剂的品种及加入量相关，特别是使用复合催化剂时，对燃烧性能的调节更为有效。不同品种的辅助增塑剂对燃烧性能也有影响。     

氧化石墨烯基含能配位聚合物对四组元复合推进剂热分解及燃烧催化作用

研究了3类典型氧化石墨烯基含能配位聚合物(GO-X)燃烧催化剂对四组元复合推进剂热分解特性和燃烧性能的影响;通过扫描电子显微镜(SEM)观察了推进剂截面微观形貌;采用同步热分析(DSC-TG)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对含不同GO-X的推进剂的热分解特性及其气相分解产物进行分析;采用综合燃烧诊断系统获得了该型推进剂的火焰结构与燃面推移速度,并采用X射线粉末衍射(XRD)对凝聚相燃烧产物物相结构进行了分析。结果表明,含GO-X的推进剂固化充分、组分界面结构完整,表明GO-X对固化交联反应没有明显影响;GO-CHZ-Cu对四组元推进剂的热分解催化效应十分显著,使其放热量增加到3064.1J/g,相比于空白配方增加了35.0%。GO-CHZ-Ni同样对推进剂有一定的催化效应,该样品放热量为2456.1J/g,增幅为8.2%。与纯GO相比,GO-CHZ-Ni与GO-CHZ-Cu可大幅提高四组元复合推进剂在低压段(0.5～1.5MPa)的燃速,除GO-CHZ-Cu外,其他催化剂使推进剂随着压强增大,燃速的增幅更加明显,因此压强指数提高。含GO-CHZ-Cu推进剂的压强指数为0.34,与空白配方差别不大,但整体上燃速提升46.4%,并且凝相产物分析表明GO-CHZ-Cu可使Al粉的燃烧更加完全,进一步提高了能量利用效率。     

新型燃烧催化剂在固体推进剂中的应用研究进展

综述了近年来各种新型燃烧催化剂,即新型碳物质催化剂、绿色催化剂、有机含能催化剂、纳米复合催化剂和钙钛矿型复合氧化物催化剂,在固体推进剂中的应用研究进展;指出了固体推进剂用燃烧催化剂的发展方向,可为该领域科研人员提供一定的参考.     

低燃速低燃温双基推进剂的催化燃烧

研究了含普通铅、铜盐催化剂的低燃速、低燃温双基推进剂的燃烧性能、热分解性能及熄火表面形貌特征和元素分布。观察到如下试验现象：(1)熄火试样表面元素分布不均匀,C元素和催化剂在熄火表面均有不同程度的积累;(2)含催化剂的试样燃烧熄火表面有大小不等的球体出现,催化剂不同,形成的球体直径分布不同,球体成分以Pb为主,兼有少量其它元素,各球体相互连接形成链状、短枝状;(3)含和不含催化剂的配方未燃表面无球体出现。结果表明,适用于普通双基推进剂的铅、铜盐催化剂在低燃速低燃温双基推进剂中同样具有催化作用,对热分解性能也有重要影响。     

铜盐对RDX-CMDB推进剂燃烧性能的影响

研究了6种铜盐(DBC、CNI、NT-Cu、B-Cu、S-Cu、A-Cu)以及铜盐/炭黑复配体系对RDX-CMDB推进剂燃烧性能的影响,用扫描电镜和元素分析测试了推进剂的熄火表面.结果表明,铜盐可降低RDX-CMDB推进剂在16～22 MPa的压强指数;在10～22 MPa,铜盐和铜/炭黑混合物对RDX-CMDB推进剂燃烧特性的影响不显著.铜盐催化剂以及铜盐和炭黑复配催化剂对推进剂的燃烧反应有一定的促进作用.     

硝胺推进剂燃烧性能的改善

选用了一种新型复合含能燃烧催化剂——ＰＮＴＯ／β－Ｃｕ／ＴＣＢ来改善硝胺推进剂的燃烧性能。结果表明这种催化剂的催化效果很好,在本试验配方条件下,硝胺推进剂常温下在７．８～１７．７ＭＰａ压力范围内,压力指数降为０．３７８,１７．７ＭＰａ压力下燃速升为２８．３２ｍｍ／ｓ。     

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。     

有机铋铜复盐对DNTF/HMX-CMDB推进剂燃烧性能的影响

研究了有机铋铜复盐(Gal-BiCu)与炭黑、不同芳香族铜盐(Cu1和Cu2)及金属燃烧功能助剂(NB)复配对DNTF/HMX-CMDB推进剂燃烧性能的影响。分析了Gal-BiCu与其他催化剂复配后影响DNTF/HMX-CMDB推进剂燃烧行为的原因。结果表明,Gal-BiCu能有效调节DNTF/HMX-CMDB推进剂的燃烧性能,提高推进剂燃速,显著降低压强指数;当Gal-BiCu与炭黑、Cu1、NB复合时,催化性能更佳;NB质量分数为0.5%时,推进剂在8~20MPa较宽区间内出现平台燃烧,压强指数n≤0.2;8~15MPa区间内压强指数降至0.11。     

有机铅盐对高能改性双基推进剂燃烧性能和热分解的影响

研究了3种有机铅盐燃烧催化剂NTO铅(NTO-Pb)、水杨酸铅(Sa-Pb)和硬脂酸铅(St-Pb)对高能改性双基推进剂(HEMDB)不同压强下的燃烧性能和热分解的影响.结果表明,有机铅盐燃烧催化剂对HEMDB推进剂的燃烧性能和DSC特征量均有影响;NTO-Pb、Sa-Pb和St-Pb可促进HEMDB推进剂中RDX的热分解;HEMDB推进剂的燃速和DSC特征量均随压强的升高而增大,在1～10MPa压强下该类推进剂的燃速与DSC特征量线性相关.     

XLDB推进剂燃烧性能研究(简报)

研究了不同催化剂及其它因素对XLDB推进剂燃烧性能的影响,报道了用φ64发动机实测的该推进剂比冲.结果表明,不同催化剂对推进剂燃烧性能有明显影响,NG、RDX也对推进剂的燃烧性能有影响.     

燃烧催化剂对含CL-20无烟NEPE推进剂燃烧性能的影响

采用靶线法测试了2~15MPa下含CL-20无烟NEPE推进剂的燃速,通过调节不同种类燃烧催化剂(铅盐、铜盐和炭黑)及其复配催化剂,研究了催化剂对含CL-20无烟NEPE推进剂燃烧性能的影响。分析了含CL-20和催化剂的无烟NEPE推进剂的催化作用机理。结果表明,随着CL-20含量的增加,推进剂的燃速明显增大,当CL-20质量分数为30%时,15 MPa下推进剂的燃速可提高68%。与单组分催化剂和多组分催化剂相比,复配后的双组分燃烧催化剂对推进剂燃速的催化效果最明显,含NTO-Pb/AD-Cu复配催化剂的推进剂在15MPa下的燃速增至25.66mm/s。φ-Pb/乙炔炭黑燃烧催化剂使推进剂在10~15MPa出现平台燃烧,燃速压强指数降至0.22,在2~15MPa下降至0.52。     

含能复合催化剂对微烟推进剂燃烧性能的影响

为研究含能催化剂对微烟推进剂燃烧性能的影响,制备了多种含复合含能催化剂的RDX-CMDB推进剂,利用靶线法测定了推进剂在不同压力下的燃速,并对测试结果进行了线性回归.结果表明,在研究的含能催化剂中,2HDNPPb/2HDNPCu和4HDNPPb/2HDNPCu复合催化剂对推进剂有更好的催化效率和降低压力指数的能力.将含能复合催化剂与单一含能催化剂的催化作用进行比较得出,当催化剂加入量一定时,羟基吡啶铅盐、铜盐复合使用比单一的铅盐或铜盐有更好的催化效果.