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。     

低铝粉含量的HMX/HTPB推进剂研究

对低铝粉含量的HMX/HTPB推进剂进行了配方研究。为获得少烟、高密度、高模量、高燃速、低压强指数的优良的综合性能,配方调试以铝粉质量分数<10%,用HMX替代部分AP来达到少烟目的;以HTPB/TDI/MAPO/STR黏合剂体系来获取高模量;通过AP级配调节,燃速催化剂的选择等方法,使推进剂具有不挥发物质量分数≥88.5%、20℃下密度≥1.78 g/cm3、σm≥3.1 MPa,燃速≥40 mm/s的良好性能,并具有药浆初始黏度低,流动、流平性好的优点。HTPB/AP/Al/HMX四组元推进剂经BSFΦ127标准发动机地面试车,内弹道p–t曲线在压强30 MPa以下,燃烧稳定;推进剂燃烧未急升导致压强异常现象。研制成的药柱经发动机地面试验可知混合比冲高达2 456.7 N·s/kg。     

含RDX低燃速丁羟推进剂的配方研究

为满足某发动机装药需求,设计了固体质量分数为87.5%含RDX的低燃速丁羟推进剂配方,采用最小自由能法进行理论计算,研究了RDX和改性草酸铵对热力学参数的影响.用BSFΦ165标准试验发动机测试了比冲和燃速.结果表明,含RDX低燃速推进剂配方中,RDX和改性草酸铵的含量影响其热力学参数.当RDX质量分数为(10.0%),改性草酸铵为2.0%时,低燃速推进剂的实测比冲为2 374 N·s·kg~(-1),比冲效率为0.919,燃速为4.12 mm·s~(-1);通过添加少量改性草酸铵、改变氧化剂的粒度级配,能够在保证推进剂能量基本不变的前提下,满足含RDX低燃速丁羟推进剂配方的低燃速指标要求.     

铝含量和含氟有机化合物对丁羟推进剂燃烧性能的影响

为进一步提高HTPB推进剂的能量并抑制铝粉在燃烧过程中的团聚,制备了铝粉质量分数为16%~22%的端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂,并分别加入含氟有机化合物(OF)作为铝燃烧促进剂,研究了铝含量和OF对HTPB推进剂燃烧性能的影响;使用氧弹量热仪测定了推进剂在氩气氛围下(3 MPa)的爆热;收集在3 MPa下推进剂燃烧的凝聚相产物,采用激光粒度仪、X射线光电子能谱仪(XPS)及X射线衍射仪(XRD)等分别对其进行粒度分布、元素和物相分析;通过线扫描摄像机和高压燃烧室系统测定推进剂的燃速;利用高速摄影系统观察推进剂燃面上熔铝粒子的团聚过程。结果表明,HTPB推进剂在铝粉质量分数为20%时实测爆热最大,含氟有机物OF的引入使得爆热有所下降;随着HTPB推进剂中铝含量的提高,燃面上熔铝粒子的团聚愈加严重,凝聚相燃烧产物的尺寸和残留铝含量均逐渐增加;加入含氟有机物OF能够促使-Al2O3和AlF3的生成,有效抑制铝颗粒在燃烧过程中的团聚,使凝聚相燃烧产物的尺寸和残留铝含量显著降低,当铝粉质量分数为20%时,OF的加入使得残留铝的生成率降低了50%;较低的铝含量和OF的添加有利于HTPB推进剂燃速的提高。     

少烟HTPB/AP/RDX/Al推进剂比冲效率分析

对少烟HTPB／AP／RDX／A1推进剂能量性能进行了理论计算，通过BSFφ165和φ315试验发动机试验，考察了试验发动机类型，工作压力对经冲效率的影响，而且与高铅含量HTPB／AP／RDX／A1推进剂的比冲效率进行了比较，结果表明，铅含量对推进剂的比冲效率有显著的影响，低铝配方的比冲效率比高铝配方的比冲效率相对要高些；对于推进剂组分确定的配方，合适选择发动机的工作压力，可以不同程度地提高比冲效率，对于同一类型推进剂配方，通过计算理论比冲，结合比冲效率水平，可以对实际比冲进行有效的预估。     

AP和铝粉对AP-CMDB推进剂燃烧性能的影响

通过测定推进剂不同压强下的燃速和压强指数,研究了高氯酸铵(AP)和铝粉的粒度及含量对AP-CMDB推进剂燃烧性能的影响.结果表明,减小AP粒度和增大铝粉粒度均能有效提高AP-CDMB推进剂的燃速,推进剂在10～20 MPa压强范围内的燃速压强指数随AP和铝粉粒度的减小而明显增大;铝粉的质量分数低于14%时,调节不同比例的AP和铝粉含量对AP-CMDB推进剂的燃烧性能影响不明显,铝粉的质量分数高于14%时,由于铝粉燃烧不完全导致推进剂的燃速降低.     

一种低燃速和低压力指数丁羟固体推进剂的研究

采用新型降速剂JS-1制备了一种低燃速、低压力指数、高比冲的丁羟固体推进剂,与常用降速剂草酸铵相比,JS-1不仅具有较高的降速效率,还使推进剂压力指数更低。标准发动机BSFΦ127测试结果表明,所研制推进剂燃速为4.78~4.93mm/s(20℃,8.0MPa)时,4~12MPa工作压强下燃速压力指数为0.23。推进剂在20℃下抗拉强度为0.694~0.835MPa,最大伸长率为50.1%~62.3%。全尺寸发动机试车各项指标均满足设计要求。     

适应高压强的HTPB推进剂的燃烧性能

为改善高压强下HTPB推进剂的燃烧特性,研究了碳酸盐复合调节剂、二茂铁衍生物G、高氮化合物M、纳米铝粉和纳米金属氧化物对HTPB推进剂燃烧性能的影响.结果表明,碳酸盐复合调节剂能够降低推进剂的燃速和压强指数;二茂铁衍生物G能够提高推进剂的燃速,同时将推进剂在8.60～17.12MPa下的压强指数降至0.27;高氮化合物也可降低推进剂的燃速和压强指数;将高氮化合物M与二茂铁衍生物G配合使用可将推进剂在8.63～16.48MPa下的压强指数降至0.24; 纳米铝粉和包覆的纳米金属氧化物可明显降低推进剂的燃速压强指数.     

储氢合金对GAP基高能固体推进剂性能的影响

在聚叠氮缩水甘油醚(GAP)基固体推进剂体系中,采用储氢合金取代不同含量的微米级铝粉,获得无孔的高能固体推进剂。采用扫描电镜表征了含储氢合金的GAP基固体推进剂的微观形貌,采用药块分别测试了推进剂的安全、力学、静态燃烧性能和爆热,并采用BSFΦ75发动机测试了动态燃烧性能。结果表明,含储氢合金药块的密度比原配方的密度略低,内部结合更紧密。一定含量的储氢合金不影响原配方的安全性能和力学性能,可提高原配方的动、静态燃速。随着储氢合金质量分数从9%增加至18%(全部取代微米级铝粉),推进剂的静态燃速无明显变化。     

镍铝复合粉在改性双基推进剂中的应用研究

采用粒度分析、扫描电镜和激光点火实验对镍铝复合粉进行了表征,对低含量镍粉、铝粉和镍铝复合粉改性双基推进剂样品的燃速、压强指数、火焰结构和熄火表面进行了分析。结果表明,外加质量分数5%的镍铝复合粉可提高低压下的燃速和降低燃速压强指数,样品的燃烧火焰暗区较长。     

TKX-50在GAP基高能固体推进剂中的应用

为研究TKX-50对GAP基高能固体推进剂性能的影响,采用DSC-TG、50℃恒温贮存、摩擦感度、撞击感度、静电感度等方法研究了TKX-50与GAP基高能固体推进剂组分间安全性和相容性,并制备成TKX-50/GAP基高能固体推进剂药块,研究其密度、力学性能、安全性能、燃烧性能等,采用小型标准发动机研究其能量性能;通过DSC测试多种升温速率下的热分解性能,并使用Ozawa模型计算得到TKX-50的热分解活化能。结果表明,TKX-50与GAP黏合剂、AP、Al等相容性良好;TKX-50的热分解活化能为143.57kJ/mol;随着TKX-50含量的增加,25℃时TKX-50/GAP基高能固体推进剂的摩擦感度从100%降至44%,撞击感度从8.1J升至43.3J,静电感度变化不大,为16.0～42.0mJ;随着TKX-50含量的增加,25℃时TKX-50/GAP基高能固体推进剂的最大应力从0.65MPa降至0.35MPa,最大伸长率从25.5%升至34.33%,断裂伸长率从29.9%升至37.5%,模量从1.59MPa降至0.48MPa;低压段(3～9MPa)和高压段(12～25MPa)的燃速压强指数均呈现上升趋势,7MPa下静态燃速为17.2～18.0mm/s,低压段燃速压强指数为0.7～0.8,高压段燃速压强指数相对较高,最高达0.98。在6.86MPa下,动态燃速为21.07mm/s, BSFΦ165发动机实测比冲为256.7s。     

铝粉粒径对改性双基推进剂燃烧性能的影响

研究了3~10MPa、10~18MPa压力下,铝粉粒径对改性双基推进剂燃速和压强指数的影响。结果表明,随着铝粉粒度的增加,推进剂的燃速增加压强指数降低,3~10MPa下,压强指数从0.92降至0.51;在10~18MPa下,压强指数从0.74降至0.13。当铝粉粒度为24μm时,在10~18MPa含铝推进剂出现了平台燃烧。     

RDX-CMDB推进剂燃速温度敏感系数的实验研究

为了揭示RDX-CMDB推进剂中各常见组分对其燃速温度敏感系数的影响规律,制备了一系列含RDX、铝粉及燃烧催化剂的CMDB推进剂样品。采用氮气靶线法测得其在2~14MPa下的燃速温度敏感系数(σp)。讨论了RDX含量、铝粉、燃烧催化剂对RDX-CMDB推进剂燃速温度敏感系数的影响。结果表明,提高工作压强、增加RDX含量、添加燃烧催化剂均有助于降低RDX-CMDB推进剂在一定初始条件下的燃速温度敏感系数。配方中引入铝粉后可降低中低压下RDX-CMDB推进剂的燃速温度敏感系数,且燃速温度敏感系数几乎不随压强变化而变化。选用含邻苯二甲酸铅和没食子酸铋锆作燃烧催化剂,均可在2~10MPa下降低RDX-CMDB推进剂的燃速压强指数,同时降低燃速温度敏感系数。     

铝基合金燃料在HTPB推进剂中的应用

通过改变铝基合金燃料类型制备低铝含量推进剂,在此基础上进行铝基合金的粒度、形貌和推进剂的爆热、燃速测试,研究了不同铝基合金燃料对端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂工艺性能、燃烧性能及安全性能的影响。推进剂组分相同时,黏度数据表明,铝基合金的不规则形貌是引起推进剂工艺恶化的主要因素,粒度差异会使工艺性能有所不同;燃烧性能测试和爆热测试结果表明,添加铝基合金AN(铝-镍合金燃料)和AT(铝-钛合金燃料)后,与含球形铝粉推进剂相比,推进剂密度增加,燃速压强指数降低,爆热水平相当,燃烧性能得到了改善;添加铝基合金燃料后造成推进剂的摩擦感度上升。     

铝/有机氟化物复合物对含铝HTPB推进剂燃烧性能的影响

为研究有机氟化物(OF)对含铝HTPB固体推进剂燃烧性能的影响,采用球磨法制备了纳米和微米铝/有机氟化物复合物(nmAl/OF和μmAl/OF),将其作为复合添加剂替代微米铝粉加入HTPB推进剂中,并考察其对推进剂燃烧性能的影响。采用SEM、TEM、粒度分析等对nmAl/OF和μmAl/OF复合物及推进剂凝聚相燃烧产物进行了表征。结果表明,nmAl/OF和μmAl/OF复合物有不同的结合状态;添加OF、nmAl/OF和μmAl/OF后,推进剂的爆热值下降约2%;添加nmAl/OF的推进剂配方燃速最低,在3MPa时仅为6.28mm/s,添加OF和μmAl/OF体系的推进剂燃速压强指数相比于原配方降低约20%;添加nmAl/OF的推进剂配方凝聚相燃烧产物粒度(D_(50))比原配方降低约47%。     

快燃物ACP在丁羟复合固体推进剂中的应用

采用药条燃速仪试验和Ф64mm发动机点火试验,研究了不同含量的快燃物ACP对低、中、高燃速丁羟复合固体推进剂燃烧性能的影响。结果表明,快燃物ACP能明显提高推进剂的燃速,使6．86～15MPa下推进剂的燃速压强指数有明显增大的趋势,在低、中、高燃速推进剂配方中加入质量分数为5％的ACP,15MPa下的燃速分别提高11．3％,82．9％,67．8％。Ф64mm发动机试验表明,含ACP的推进剂在发动机中能够稳定燃烧,发动机p-t工作曲线稳定。获得了ACP使推进剂产生非平行层燃烧从而大幅度提高燃速的初步证据。     

组分对高能HTPB推进剂燃烧性能和力学性能的影响

通过调整氧化剂AP粒径与含量、键合剂及R值，研究了固体质量分数为90％的HTPB推进剂的燃烧性能和力学性能。结果表明，在HTPB推进剂能量性能得到提高的同时，推进剂的燃烧性能和力学性能也得到了较好的保证。高固体含量下HTPB推进剂的燃烧和力学性能随配方调节呈现出较为明显的规律。推进剂的燃烧性能稳定，燃速和压力指数可调，压力指数控制在0．30～0．40；分别测定了高温（60℃）、常温（20℃）和低温（-40℃）力学性能，高温、低温和常温下的拉伸强度一般均大于1．0MPa，低温延伸率最高可达74．7％。     

含LLM-105无烟CMDB推进剂的燃烧性能

采用燃速-靶线法研究了2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)的含量和粒度、不同复合燃烧催化剂(A-Pb/A-Cu/CB、B-Pb/B-Cu/CB、C-Pb/C-Cu/CB)及辅助增塑剂(三醋酸甘油酯(TA)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP))对含LLM-105无烟复合改性双基(CMDB)推进剂燃烧性能的影响。结果表明,随着LLM-105含量的增加,不同压强下推进剂的燃速均有明显降低,添加质量分数25%的LLM-105可使10MPa下推进剂的燃速下降达53.3%;粗颗粒LLM-105降低推进剂燃速的效果优于细颗粒,用粗颗粒LLM-105替代等量细颗粒LLM-105,可使不同压强下推进剂的燃速降低,10MPa下推进剂的燃速降低1.5mm/s;添加C-Pb/C-Cu/CB催化剂,推进剂在6~18MPa下的压强指数由0.43降至0.25。用TA替代DEP,可降低推进剂的燃速及压强指数。     

高含能固体含量的HTPB推进剂配方研究

为进一步提高HTPB(端羟基聚丁二烯)推进剂的能量水平,采用最小自由能平衡流法对HTPB推进剂能量特性进行了理论计算,通过2、10、25、100 L混合锅研究了含能固体含量对HTPB推进剂的能量特性、燃烧性能、工艺性能和力学性能的影响。结果表明:随含能固体含量的增加,推进剂理论比冲增加,当w(含能固体)为89.0%(高氯酸铵61.5%、黑索今9.0%、铝粉18.5%)时,实测比冲为2 513.7 N·s/kg,密度≥1.80 g/cm3,在最大拉伸强度(20℃)≥0.75 MPa的基础上,–40、20、55℃下,最大伸长率≥45%,燃速(6.865 MPa)≥10 mm/s,且具有药浆黏度增长缓慢,流动流平性好的特点。     

一种新型压伸复合推进剂性能

介绍了一种新型压伸复合推进剂,采用惰性黏合剂体系,添加了质量分数75%的AP、5%的Al粉。3～10 MPa下的压强指数为0.036,0.1～12 MPa下的压强指数为0.27。特别在5～10 MPa范围内,压强指数为–0.21,呈麦撒燃烧。在室温(8℃)条件下的φ36 mm发动机中,比冲达2 255 N·s/kg(230 s),是一种能量较高、燃烧性能优良的新型压伸复合推进剂。