NEPE推进剂燃烧性能研究概况

综述了国内外NEPE推进剂燃烧性能的研究概况，探讨了NEPE推进剂燃烧性能难以调节的原因，指出了调节NEPE推进剂燃烧性能的途径。     

NEPE推进剂燃烧性能调节技术研究

研究了NEPE推进剂燃烧性能的影响因素和影响规律，通过使用适量的高效降指剂、调整AP、Al、HMX用量和粒度、选择合适的增塑剂可有效地降低NEPE推进剂压强指数和调节燃速。     

钝感固体推进剂的研制与进展

介绍了研制钝感推进剂的几种途径：采用低感度的含能粘合剂和增塑剂、低感度的硝胺化合物、新型高能氧化剂、降低推进剂固体组分的粒度和缺陷及其他的钝感方法。并简要介绍了HTPB、NEPE及HTPE等钝感推进剂的性能。     

铝/改性氟橡胶复合燃料的制备及应用

为提高铝粉的燃烧效率,以自制的硅烷改性氟橡胶(FKM-GW)为包覆剂,采用溶胶凝胶法,制备了铝/改性氟橡胶复合燃料(FKM-GW@Al),研究了FKM-GW@Al在溶剂中的稳定性,以及不同氟含量的FKM-GW@Al对NEPE高能低燃速固体推进剂的影响.通过DSC-TG研究了FKM-GW@Al以及含FKM-GW@Al的推进剂的热分解性能,分析了FKM-GW@Al对推进剂燃烧性能的影响机制.结果表明具有功能性基团的FKM-GW@Al不易脱覆,在乙酸乙酯中的稳定性较强.与纯Al粉相比,含氟(质量分数)2.58％的FKM-GW@Al,使推进剂的爆热由6348.8 J·g-1提高至6831.6 J·g-1,残渣活性铝含量由1.02％降至0.06％,推进剂的静态燃速和动态燃速均降低.     

含CL-20的NEPE推进剂的燃烧性能

以CL-20、AP、Al粉和燃烧催化剂逐项添加的方式设计了递进配方[NB(PEG/NG/N-100/C2),NB/CL-20,NB/CL-20/AP,NB/CL-20/AP/Al,NB/CL-20/AP/Al/Ct],研究了含CL-20的NEPE推进剂的燃速特性及CL-20、AP、Al粉和燃烧催化剂对推进剂燃烧性能的影响,并与含RDX的NEPE推进剂的燃烧性能进行了比较。实验结果表明:CL-20取代RDX-NEPE推进剂中的RDX可使推进剂燃速大幅提高,但含CL-20的NEPE推进剂的压力指数高于含RDX的NEPE推进剂,且难以降低;AP质量百分含量为70%的NEPE推进剂NAP的燃速在4～10MPa范围内呈现一平台。将AP加入到含RDX的NEPE推进剂中和含CL-20的NEPE推进剂中能改善推进剂的氧系数,提高燃速,降低压力指数;高燃烧热的Al粉部分取代CL-20,在提高含CL-20的NEPE推进剂的燃速上,具有与CL-20相同的效果;催化剂PbCO3与Pb(NTO)2.H2O降低了含CL-20的NEPE推进剂的压力指数。     

扩链和交联剂对NEPE推进剂胶片高温力学性能的影响

研究了脂肪族、聚醚类二元醇扩链剂和三元醇交联剂对NEPE推进剂胶片的高温力学性能影响。结果表明,脂肪族二元醇扩链剂可提高NEPE推进剂胶片的高温力学性能,但会引起硝酸酯增塑剂析出;选择适当种类、含量的聚醚类二元醇可显著提高胶片的高温力学性能;三元醇交联剂使NEPE推进剂粘合剂胶片的最大抗拉强度有所提高,最大延伸率降低。     

超细铝粉对NEPE推进剂燃烧性能的影响

采用多种实验技术研究了级配铝粉（含超细）在NEPE推进剂中的燃烧特性,实验结果表明采用含超细的级配铝粉可以有效地改善NEPE推进剂的燃烧性能,提高铝燃烧效率。其原因在于超细铝粉有不同于普通铝粉的燃烧与热化学行为,它倾向于单颗粒燃烧,并且能大幅度提高推进剂热分解放热量。     

几种典型固体推进剂的危险性能实验研究

为进行固体推进剂的危险性能(感度特性)研究,对NEPE推进剂、粒铸CMDB推进剂、螺压CMDB推进剂三种典型的固体推进剂分别进行了雷管感度实验、冲击波感度实验(隔板实验)和燃烧转爆轰实验。结果显示:NEPE推进剂对雷管引爆较敏感;三种推进剂对冲击波刺激较敏感;颗粒状的粒铸CMDB、螺压CMDB推进剂和内部有孔洞的NEPE推进剂在燃烧转爆轰实验中发生爆轰。实验表明,推进剂的危险性能(感度)与推进剂的组成(有无敏感物质)、装药形态(颗粒或药柱)及外界约束条件(强或弱)有密切关系。实验证实,固体推进剂在一定条件下也能发生燃烧转爆轰。     

NEPE高能推进剂爆炸计算研究

为评估NEPE高能推进剂(硝酸酯增塑的聚醚高能推进剂)的安全性能,进行了NEPE高能推进剂和TNT炸药爆炸试验.在试验的基础上,拟合出超压公式,在超压公式基础上计算出NEPE高能推进剂的TNT当量值,对比距离在2.3～33m/kg1/3时,TNT当量值在1～1.52之间.根据玻璃破坏冲击波超压值,计算出10kg高能推进剂爆炸对43m以外建筑无损害.     

固体火箭推进剂过保温后力学性能试验研究

为了研究固体火箭推进剂过保温后的力学性能,在保温温度为50 ℃的条件下,对NEPE推进剂哑铃型试件进行了3个不同拉伸速率下10组保温时间下的拉伸试验。试验结果表明,与未保温的NEPE推进剂试件相比,保温之后NEPE推进剂的强度有一定的提高,延伸率出现明显的下降; NEPE推进剂试件的保温时间越长,抗拉强度越大; 在保温时间相同的情况下,保温次数越多,抗拉强度越大; 保温时间和保温次数对NEPE推进剂的延伸率没有影响。     

固体推进剂的慢速烤燃行为与热分解特性的关系研究

利用同步差示扫描-热重联用仪（DSC-TG），扫描电镜（SEM）和慢速烤燃试验，对比分析了NEPE推进剂和HTPB推进剂的热分解特性与慢速烤燃行为的关系。结果表明：高氯酸铵（AP）温热分解过程形成的多孔性形貌是导致HTPB推进剂慢速烤燃响应剧烈的主要因素；由于硝酸酯在较低温度下放出热量，使得NEPE推进剂在AP、HMX分解反应前点火，其慢速烤燃响应较为温和。     

铝基微单元复合燃料在NEPE固体推进剂中的应用

为研究铝基微单元燃料在硝酸酯增塑聚醚（NEPE）固体推进剂中的应用性能,以自制的铝基微单元复合燃料（Al@AP）代替铝粉加入NEPE固体推进剂,以真空定容爆热试验、发动机试验、残渣活性铝测试、高速摄影、单向拉伸试验、工艺性能测试等手段研究了Al@AP对NEPE固体推进剂燃烧、力学、工艺等性能的影响;并对Al@AP在NEPE固体推进剂中的燃烧作用机理进行了分析。结果表明,以19.5%的Al@AP代替FLQT-3 Al后,NEPE固体推进剂的爆热由6039.4 J·g^-1提升至6924.8 J·g^-1,残渣量由28.91 g降至7.64 g,残渣活性铝含量由14.64%降至0.37%,残渣粒径d₅₀由94.12 μm降至24.21 μm,NEPE固体推进剂喷射效率提升,铝粉在燃面停留时间由55 ms缩短至40 ms,且无明显融联团聚现象,且Al@AP对推进剂的燃速、力学、工艺等性能基本无影响。     

NEPE推进剂易碎性研究

为了研究NEPE推进剂的易碎性,利用撞击破碎模拟试验装置将NEPE推进剂以不同速度撞靶,将撞靶后不同损伤程度的NEPE推进剂进行密闭爆发器试验,分析NEPE推进剂在不同破碎程度条件下的燃烧特性。结果表明,NEPE推进剂的最大压力随时间变化率、燃速伴随着破碎程度的增加而增加,当撞击速度大于192 m.s-1时可能发生燃烧转爆轰。     

单轴拉伸下NEPE固体推进剂细观结构演化行为研究

为了分析硝酸酯增塑聚醚（Nitrate Ester Plasticized Polyether, NEPE）推进剂在单轴准静态拉伸载荷下细观结构演化行为,基于Micro-CT对拉伸过程中NEPE推进剂开展了原位观测试验,对NEPE推进剂中高氯酸铵（AP）颗粒和初始缺陷的尺寸、形状等细观结构特征进行了表征,获取了单轴拉伸过程中推进剂细观结构的失效过程,并采用孔隙率对NEPE推进剂细观损伤的变化规律进行了定量分析,基于NEPE推进剂细观尺度上结构的演变规律解释了宏观力学性能变化的原因。结果表明,NEPE推进剂初始缺陷尺寸小、体积占比低,平均值为0.12%。单轴准静态拉伸过程中,NEPE推进剂的细观失效过程主要包括孔洞形核、生长与汇聚3个阶段;AP颗粒的体积分数虽然低,但是由于容易脱湿通常成为细观损伤的起点;当AP发生一定程度脱湿后,奥克托今（HMX）也会出现明显的脱湿,在分析NEPE推进剂细观失效问题时应当考虑HMX脱湿行为的影响。大量细观缺陷的形核与生长是NEPE推进剂宏观力学性能进入非线性段的原因,而细观缺陷的不断汇聚使得宏观应力增加落后于应变增加的现象越来越明显。加载过程中孔隙率呈现出先缓慢增加再急剧增加最后增加趋于平缓的变化趋势,孔隙率的变化规律不仅能够定量地反映NEPE推进剂细观缺陷的演化阶段,与NEPE推进剂宏观力学性能的变化也具有一定的对应关系。     

胶体推进剂的研究与应用

肢体推进剂兼具液体推进剂和固体推进剂的优点，因而近半个世纪以来国内外都在努力研制这种新概念推进剂，并由此发展先进的肢体推进技术，即“灵巧”推进技术。美国已成功地进行了肢体推进技术的地面试验和飞行试验。从理论上说，任何液体推进剂都可以制成肢体推进剂。因此，肢体推进剂既可以用于单组元推进系统，也可以用于双组元推进系统；既可以用于运载火箭，也可以用于武器系统。本文论述肢体推进剂和肢体推进技术的发展趋势和研究目标，简要介绍国内研究概况，并提出今后的研究设想。     

固体推进剂固相组分的混合研究

研究了含固体组分的两相体系固体推进剂混合过程的特点。用固体组分的浓度、粒径及其分布等参量研究分析了改性双基推进剂代料的混合特点。根据实验结果，认为改性双基推进剂的混合过程属分散混合。固体推进剂的性能将取决于分散混合后固体颗粒的尺寸。     

含硝酸酯推进剂液相组分的流变特性

采用流变学方法研究了CMDB、NEPE和BAMO推进剂液相组分的流变特性。结果表明,CMDB、NEPE和BAMO推进剂液料的流动曲线符合牛顿流体模型,CMDB推进剂液料的黏度在20~50℃范围内为0.012 8~0.053 7Pa·s,NEPE推进剂液料的黏度为0.287 4~1.284 0 Pa·s,BAMO推进剂液料的黏度为0.506 7~2.273 0 Pa·s;3种推进剂液相组分的表观流动活化能ΔEη分别为37.62 KJ/mol、39.28 KJ/mol和39.17 KJ/mol。     

CL-20基无烟NEPE推进剂的燃烧性能和能量性能研究

研究了CL-20部分代替RDX对不含燃速调节剂的无烟NEPE推进剂燃烧性能和能量性能的影响.结果表明,CL-20的加入明显提高了推进剂的燃速,CL-20含量为30%时,推进剂不同压强下的燃速均提高50%以上;CL-20替代推进剂中的RDX,明显改善了推进剂的能量性能,CL-20含量为30%时,推进剂的定容爆热增大9.2%,实测密度增大3.5%.     

NEPE推进剂在氮气及空气中的点火燃烧特性

为了研究NEPE推进剂的点火燃烧特性,搭建了CO₂激光点火试验平台,使用高速摄影仪拍摄在不同气体环境下NEPE推进剂的燃烧过程,通过信号采集系统测量NEPE推进剂的点火延迟时间,对NEPE推进剂在0.1~3.0 MPa氮气及空气中的点火燃烧特性进行了研究。结果表明,环境压强和环境气体会影响NEPE推进剂的点火燃烧过程,环境压强越大,NEPE推进剂燃烧越激烈,且NEPE推进剂在空气中燃烧时比氮气中更加剧烈。NEPE推进剂的点火延迟时间随着环境压强的增大而减小,当环境压强从0.1 MPa增大到3.0 MPa时,氮气中的点火延迟时间由0.51 s减小到0.29 s,而空气中的点火延迟时间由0.32 s减小到0.18 s,但是当环境压强大于0.5 MPa时,环境压强对点火延迟时间的影响显著降低。同时环境压强会影响NEPE推进剂的燃烧速率,当环境压强从0.1 MPa增加到3.0 MPa时,氮气中的燃速从1.71 mm·s^-1提高到4.54 mm·s^-1,空气中的燃速从2.51 mm·s^-1提高到11.4 mm·s^-1,NEPE推进剂在空气中的燃烧速率增长幅度更大。最后通过燃速经验公式进行拟合,表明Vielle燃速公式更适用于表征NEPE推进剂在0.1~3.0 MPa下的燃速特性。     

NEPE推进剂应力分布的数值模拟及损伤破坏趋势分析

根据NEPE推进剂的组成及结构特点,采用ANSYS10.0有限元计算软件,建立了NEPE推进剂轴对称有限元计算模型.对NEPE推进剂在单轴拉伸作用下损伤破坏趋势进行了模拟.通过对应力集中因子α和脱粘角θ的比较,讨论了固含量、键合剂加入量、氧化剂组成及氧化剂粒度等推进剂的组成与结构条件的变化对其在单轴拉伸作用下损伤破坏趋势的影响.结果表明,采用所建立的NEPE推进剂轴对称有限元计算模型所模拟的力学性能规律与实验研究的趋势符合得很好.