铝形貌对丁羟推进剂燃速特性的影响

基于丁羟四组元推进剂配方,考察了不同表面形貌的铝(Al)粉对端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂燃速特性的影响,通过扫描电镜(SEM)、激光粒度分布仪分别观察了两种粒度范围在5~10μm的Al粉表面形貌,采用水下声发射法测试了含不同Al粉的HTPB推进剂的燃速,并计算了燃速压强指数。结果表明,Al粉表面形貌可区分为表面附着铝斑粒和表面光滑两种,两种形貌都对HTPB推进剂的燃速特性具有一定的影响。低压段(3~5 MPa),Al粉表面附着铝斑粒时,HTPB推进剂的燃速增幅为1.33 mm·s~(-1),压强指数为0.36;Al粉表面光滑时,HTPB推进剂的燃速增幅为1.29 mm·s~(-1),压强指数为0.34。高压段(12~20 M Pa),Al粉表面附着铝斑粒时,HTPB推进剂的燃速增幅为4.47 mm·s~(-1),压强指数为0.67;Al粉表面光滑时,HTPB推进剂的燃速增幅为2.48 mm·s~(-1),压强指数为0.40。     

纳米镍粉对改性双基推进剂综合性能的影响

为了研究纳米镍粉(nano-Ni)对含铝改性双基(Al-CMDB)推进剂以及含黑索今和铝粉的改性双基(RDX/Al-CMDB)推进剂综合性能的影响,采用吸收-沟槽压延-螺旋压伸法制备了推进剂药柱,测试了nano-Ni对推进剂热安定性能、机械感度、力学性能、能量性能、发动机内弹道性能、室温条件下长贮燃速变化的影响。结果表明,nano-Ni对Al-CMDB推进剂和RDX/Al-CMDB推进剂的热安定性能、机械感度、力学性能、能量性能、长贮条件下燃速变化影响不明显。但是nano-Ni可显著改善Al-CMDB推进剂和RDX/Al-CMDB推进剂的燃烧性能。nano-Ni使Al-CMDB推进剂9.81 MPa燃速从28.32 mm·s~(-1)增加到35.94 mm·s~(-1),12～22 MPa的压强指数从0.26降低至0.12,nano-Ni使RDX/Al-CMDB推进剂9.81 MPa燃速达到36.63 mm·s~(-1),16～22 MPa高低常温均出现负压强指数,Φ130 mm发动机-40℃比冲达到241.1 s,50℃比冲达到246.9 s。     

碳纳米管对AP/CMDB推进剂燃烧性能和力学性能的影响

为了改善溶剂压伸法制备的高氯酸铵/复合改性双基(AP/CMDB)推进剂的燃烧性能和力学性能,采用差示扫描量热法(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)研究了碳纳米管(CNTs)对AP/CMDB推进剂主要组分热分解性能及AP/CMDB推进剂微观结构的影响,测试了含质量分数为0.1%、0.3%和0.5%CNTs的AP/CMDB推进剂的燃速和抗冲强度。结果表明,CNTs可以有效催化AP的热分解,使AP低温分解峰消失,高温分解峰温提前39.9℃,但对NC/NG双基组分的热分解影响不大;CNTs可以改善AP/CMDB推进剂的微观结构,添加0.5%CNTs的推进剂中无明显微裂纹;CNTs可以有效改善AP/CMDB推进剂的燃烧性能和力学性能,随着CNTs含量的增加,推进剂的燃速提高、压强指数降低,推进剂的抗冲强度增大;添加0.5%CNTs的AP/CMDB推进剂10 MPa下燃速为61.19 mm·s~(-1),10~22 MPa压强指数为0.51,-40℃下的抗冲强度为5.55 kJ·m~(-2)。     

纳米碳酸盐催化剂对AP/Al/HTPB推进剂性能的影响

研究了纳米碳酸盐催化剂对AP/Al/HTPB推进剂的燃速压强指数、爆热和力学性能等的影响.结果表明:纳米催化剂对推进剂在高压强(10～18 MPa)和低压强(4～10 MPa)段的燃烧性能的影响差别较大,但压强指数都能降低到0.2以下,均达到平台推进剂水平; 而且随着纳米催化剂含量增多,推进剂的燃烧效率更充分,爆热也有一定程度的增加; 但是,纳米催化剂对推进剂的力学性能、工艺性能却有一定程度的影响.确定了纳米碳酸盐催化剂在推进剂中配比为0.5%～1%之间.     

碳纳米管(CNTs)对Al-CMDB推进剂燃烧性能及力学性能的影响

为了研究碳纳米管(CNTs)对含Al改性双基(Al?CMDB)推进剂燃烧性能和力学性能的影响,采用吸收?压延的方法制备了推进剂样品,用靶线法测试了推进剂的燃速,并计算了压强指数;测试了推进剂样品在高低常温时的拉伸强度及延伸率。通过扫描电镜、火焰照片、燃烧波、熄火表面形貌及元素分析和DSC分析了碳纳米管影响Al?CMDB推进剂燃烧性能的原因。结果表明,在Al?CMDB推进剂中加入0.7%碳纳米管在6～20 MPa可提高推进剂的燃速,其中6 MPa下燃速提高最多,为4.98 mm·s~(-1);6～20 MPa下压强指数从0.57降低为0.45。管径10～20 nm的碳纳米管能提高Al?CMDB推进剂高低常温的拉伸强度及延伸率。碳纳米管对推进剂的热分解峰温影响不明显,但可使推进剂分解放热量增加。     

纳米氧化铁对HTPB推进剂性能影响

制备了四种不同形貌的纳米氧化铁Ⅰ-Ⅳ和5种9～14/65～70/17/3/1-粘合剂/AP/Al/二茂铁/普通氧化铁或纳米氧化铁Ⅰ-Ⅳ推进剂(HTPB推进剂).研究了纳米氧化铁对HTPB推进剂力学性能、燃烧特性、安全性能的影响.结果表明,纳米氧化铁Ⅱ是四种纳米氧化铁中效果最好的催化剂,含纳米氧化铁Ⅱ配方推进剂,在25℃条件下,最大抗拉强度为0.83 MPa,最大伸长率60.0％,-40 ℃条件下,最大抗拉强度为2.00 MPa,最大伸长率45.0％;6.86 MPa压强下,燃速为43.24 mm·s-1,压强指数为0.27;药浆50％爆炸的临界撞击能大于14J,摩擦感度小于80％,安全性能与含普通氧化铁配方相当.     

高氯酸铵/铝粉/端羟基聚丁二烯推进剂催化燃烧模型研究

在自由基裂解模型和引入高氯酸铵(AP)和铝粉(Al)影响因子的基础上,讨论了催化剂对AP/Al/端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂热分解的影响,采用假说和因子归纳的方法得到了催化影响因子,结合一定数量燃速数据分析和计算机图形学拟合的方法建立了AP/Al/HTPB推进剂催化燃烧模型,该模型可从推进剂化学结构参数出发,定量计算AP/Al/HTPB推进剂的燃速和压强指数。计算结果表明:在一定条件范围内,燃速的理论预测与实验结果吻合较好,误差一般在7%以内,验证了催化燃烧模型在AP/Al/HTPB推进剂应用的可行性,对推进剂配方研制具有一定的指导意义。     

含TNAD改性双基推进剂的燃烧性能和热行为

用燃速测试法和高压差示扫描量热(PDSC)法研究了含1,4,5,8-四硝基-1,4,5,8-四氮杂萘烷(TNAD)改性双基推进剂的燃烧性能和热行为。结果表明,用等质量的TNAD替代黑索今(RDX),在9~22 MPa范围内推进剂燃速均明显增加,且增幅均大于9%,在9~15 MPa,燃速平均提高约3 mm·s-1。燃速压强指数在9~15 MPa从0.26降至0.18,但在17~22 MPa范围内,燃速压强指数从0.10略有升高,为0.14。PDSC分析认为,双基组分(硝化棉NC/硝化甘油NG)与TNAD间存在强烈的相互作用,使二者分解速率加快,放热量增加,利于提高推进剂燃速。     

高固体含量丁羟推进剂性能研究

为进一步提高HTPB推进剂的能量水平,从理论和实验两个方面研究了固体组分含量对HTPB推进剂的能量性能、燃烧性能和力学性能的影响。结果表明,随固体含量的增加,推进剂理论比冲增加,当固体含量为90%(高氯酸铵37%、黑索今36.6%、铝粉17.4%)时,其理论比冲可达270.62s;高氯酸铵43%、黑索今30%、铝粉17%时,燃速压力指数约为0.34,-40℃时的最大延伸率为48%。当固体含量为88%(高氯酸铵48%、黑索今23%、铝粉17%)时,调节HTPB推进剂配方填料粒度及级配,燃速可从7.0MPa下的7.0mm·s-1提高至10.9mm·s-1,燃速压力指数相当(约为0.4),20℃时的最大延伸率可达74%。     

高氯酸铵/铝粉—复合改性双基推进剂燃速与热分解的相关性研究

利用高压差示扫描量热(PDSC)法研究了高氯酸铵/铝粉—复合改性双基(AP/Al-CM-DB)推进剂在1.0~13.0 MPa压强范围内的燃速与高压热分解特性的相关性。研究结果表明,AP/Al-CMDB推进剂在1.0~13.0 MPa压强范围内的燃速与高压热分解的相关性模型中需将压强p和放热速度ΔHd/Δθ两个影响因子对推进剂燃速的影响程度分开独立考虑,该相关性符合模型关系式u=kupa[ΔHd/Δθ]b,利用该相关性模型所得的燃速计算值与实测值之间的误差低于2.50%.     

提高低燃速丁羟推进剂力学特性研究

大量粗粒度AP和降速剂的添加很难实现低燃速丁羟推进剂高强度的技术要求。研究以静态燃速不高于5.1 mm/s(20℃,6.0 MPa)低燃速丁羟推进剂作为基础配方,通过优选HTPB规格、键合剂组合和添加新型扩链剂的方法提高推进剂力学特性。结果表明,采用新型扩链剂SX,使70℃推进剂的抗拉强度高于1.0 MPa,伸长率大于10%。     

降低丁羟高燃速推进剂机械感度研究

为了降低丁羟高燃速推进剂机械感度,考察了液体二茂铁燃速催化剂(EMT)含量、氧化剂高氯酸铵(AP)粒径及配比等对丁羟高燃速推进剂机械感度的影响,并通过差示扫描-热重(DSC-TG)热分析研究了AP/EMT体系热分解特性与机械感度的相关性。结果表明,细AP含量增加或细AP粒径减小时,推进剂药浆的摩擦感度和撞击感度均呈增加趋势;EMT提高了AP的高温分解反应速率常数和分解热,是含EMT的高燃速推进剂机械感度升高的微观原因,降低EMT含量,可以降低推进剂的机械感度;胺盐类降感剂GZJ-01和导电态聚苯胺降感剂DBJ-01对降低丁羟高燃速推进剂的机械感度无协同效应;细AP包覆和采用铜盐燃速催化剂(GRCJ)取代EMT均可以降低丁羟高燃速推进剂的机械感度。     

FOX-7对NC/TMETN基低敏感无烟改性双基推进剂燃烧性能的影响

采用燃速-靶线法研究了1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)的含量、粒度及不同铅盐/铜盐/炭黑三元复合燃烧催化剂对硝化棉/三羟甲基乙烷三硝酸酯(NC/TMETN)低敏感无烟螺压改性双基推进剂燃烧性能的影响。结果表明,随着NC/TMETN基推进剂配方中FOX-7含量的增加,燃速先上升后下降,当FOX-7含量为25%时,可将基础配方10 MPa下的燃速由5.87 mm·s^-1提高至14.90 mm·s^-1,当FOX-7含量由25%增至30%时,10 MPa下的燃速由14.90 mm·s^-1降至12.78 mm·s^-1,FOX-7含量由5%增加至30%时,6~16 MPa下的压力指数由0.97降至0.60;用等量细颗粒的FOX-7取代粗颗粒时,可使推进剂10 MPa下的燃速降低1.16 mm·s^-1,使推进剂6~14 MPa各压力区间的压力指数增大;B-Pb/B-Cu/CB催化剂可以将NC/TMETN/FOX-7基改性双基推进剂10 MPa下燃速由未加催化剂时的14.90 mm·s^-1提高至18.65 mm·s^-1,6~16 MPa下的压力指数由未加催化剂时的0.63降至0.35。     

复合推进剂弹道特性的配方调节研究（英）

实验研究了含铝AP/HTPB推进剂的配方,讨论了燃速及压力指数与配方参数的关系。结果表明,推进剂燃速随平均AP粒子直径的增大而降低,但在大直径范围,这种趋势减缓。液体二茂铁催化剂可提高50%的推进剂燃速,而固体氧化铁可提高22%。液体二茂铁催化剂能比固体氧化铁更有效地提高燃速。燃速与压力指数的实验结果同燃烧模型的理论计算结果进行了比较,预估结果与实验数据符合较好。     

AP/HTPB推进剂微尺度燃烧特性的数值分析

为研究高氯酸铵/端羟基聚丁二烯(AP/HTPB)固体推进剂颗粒的微尺度燃烧特性,基于气固耦合,采用简化的两步总包化学反应动力学机理,建立了二维周期性三明治定常燃烧模型,采用FLUENT软件,数值分析了AP/HTPB的微观燃烧特性。结果表明,AP体积分数为0.75条件下,低压(0.4 MPa)时,AP/HTPB燃烧的总体火焰以预混燃烧为主,AP燃速低于HTPB燃速,随着压力升高,大于2.5 MPa时,火焰呈扩散结构,AP燃速高于HTPB燃速;压力越高,气相对固相的热反馈越强,耦合面上的温度和燃烧速率越高。气相的体积释放速率随着压力的增加而增加,放热区域收缩,相连的两个放热核心区分裂为两个独立的放热核心区。当燃烧压力不变(2.5 MPa),AP体积分数为0.7~0.95时,AP含量越小,则一个周期三明治单元中粘合剂HTPB的宽度相对越大,火焰面趋于分裂为两个狭长带状火焰面,温度随之递增。     

包覆高氯酸铵及其燃烧特性研究

对高氯酸铵（ＡＰ）颗粒表面进行包覆,采用溶解试验、ＤＳＣ等对包覆ＡＰ的性质进行了分析。对ＡＰ单元推进剂进行了燃烧性能测定,分析了包覆降低ＡＰ燃烧速度和压力指数的机理。将包覆后的ＡＰ应用于ＡＰ／ＨＴＰＢ复合固体推进剂中,降低了推进剂的高压燃烧速度和压力指数。     

少烟复合推进剂用纳米结构Fe2O3催化剂及其催化性能研究

制备了一种由惰性组份和纳米颗粒氧化铁组成的纳米结构燃速催化剂( ns -Fe2 03)．X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)研究显示ns -Fe2 03中的活性组份主要是Fe203,其粒子尺寸范围比较宽,从50～200 nm不等且呈不规则状。对高氯酸铵(AP)的催化热分解研究表明,随ns -Fe203含量的增加,AP的分解放热量增大,对AP的低温分解峰温影响不大,但使得AP的高温分解峰温持续下降。在RDX/AP/A1/HTPB少烟复合推进剂中添加0.25%（质量百分数,下同）的ns-Fe203催化剂可使6 MPa下的燃速从空白配方的6.31 mm/s提高到8.51 mm/s,增速率达35%;添加量均为1%时,6 MPa下ns -Fe2 03和普通Fe203的增速率分别为56%和31%;当ns -Fe203的添加量为2%时,6 MPa下的增速率为69%,10 MPa下的增速可高达78%,显示了ns -Fe203良好的燃速催化性能;在4～10 MPa范围内,ns -Fe2 03的压强指数比普通Fe2 03的低,但比叔丁基二茂铁和卡托辛的高。