AI-RDX-CMDB推进剂燃烧催化机理和模型的研究

在原有的RDX-CMDB推进剂稳态燃烧化学——数学模型基础上，通过对铝粉燃烧机理的研究及大量燃速数据的分析，采用归纳因子的方法寻求铝粉的含量和粒度对燃速的影响因子，建立了AI-RDX-CMDB推进剂燃速计算公式。运用该公式可从化学结构出发，计算AI-RDX-CMDB推进剂的燃速和压强指数。通过实际计算表明，理论燃速值与实测值十分一致。由此讨论了影响平台推进剂燃速与燃速压强指数的化学结构因素。     

铝粉形态对低燃速丁羟推进剂燃烧性能的影响

通过静态燃烧性能测试及φ１１２ｎｍ发动机动态评定等实验方法,研究了球形铝粉及非球形铝粉对低燃速丁羟推进剂燃烧性能的影响。结果发现,含球形铝粉推进剂的燃速和燃速压强指数略高于含非球形铝粉的推进剂,而且其燃速可通过调节氧化剂的粒度级配来改变,而燃速温度敏感系数没有显著变化。     

Al-RDX-CMDB推进剂燃烧催化机理和模型的研究

在原有的RDX-CMDB推进剂稳态燃烧化学--数学模型基础上,通过对铝粉燃烧机理的研究及大量燃速数据的分析,采用归纳因子的方法寻求铝粉的含量和粒度对燃速的影响因子,建立了Al-RDX-CMDB推进剂燃速计算公式.运用该公式可从化学结构出发,计算Al-RDX-CMDB推进剂的燃速和压强指数.通过实际计算表明,理论燃速值与实测值十分一致.由此讨论了影响平台推进剂燃速与燃速压强指数的化学结构因素.     

超细铝粉燃烧性能研究

研究了四种粒度的铝粉在四组元（ＨＴＰＢ／ＨＭＸ／ＡＰ／Ａｌ）推进剂中的燃烧特性。实验结果表明，超细铝粉可减轻在燃面的凝聚程度，其燃烧性能明显优于粗铝粉。因此，在推进剂中合理使用超细铝粉，可以提高燃烧效率，对配方研制具有十分重要的意义。     

铝粉含量和粒度对NEPE推进剂燃速影响的模型化

以高能固体推进剂热分解特性和燃烧模型的研究成果为基础,建立了由化学结构参数计算NEPE推进剂的燃速和压力指数的公式,计算了铝粉含量和粒度变化对燃烧性能的影响.结果表明,计算结果与实测燃速值的偏差全部在±15％以内,且70%的误差在10%以内.预估在小于5MPa下,使用细粒度的铝粉(1～3μm)可显著降低NEPE推进剂的压力指数.     

低燃速低燃温双基推进剂燃速与燃烧波特征量的相关性研究

为研究燃速与燃烧波特征量之间的相关性,采用在推进剂内埋设微型热电偶技术,测得了低燃速低燃温双基推进剂的燃烧波结构,并通过数据处理获得了燃烧波的特征量值,包括表面温度、火焰温度、暗区厚度、凝聚相温度梯度和气相嘶嘶区温度梯度。不含催化剂的基础配方燃速随表面温度增大而增大;加入催化剂的配方产生麦撒燃烧,表面温度比基础配方的表面温度有所增加,燃速与表面温度不再是单一的线性关系。火焰温度随压强增大而提高,其与燃速没有明显相关性。结果表明:低燃速低燃温双基推进剂的燃速与燃烧波特征量之间不仅存在线性关系,还存在非线性关系。分析认为是催化剂改变了低燃速低燃温推进剂的燃烧波结构所致。     

固体推进剂中铝粉的燃烧行为

铝粉在固体推进剂燃烧环境中有燃面凝聚现象。铝凝团大小影响着铝粉的燃烧效率和发动机工作性能。铝粉凝团小,燃烧效率就高。推进剂配方和发动机工作状态对凝团大小有决定性影响。通过合理设计推进剂配方和发动机工作状态,可以控制凝团尺寸,进而提高铝粉的燃烧效率和发动机工作性能。     

ACP提高硝胺改性双基推进剂燃速的规律研究

通过添加快燃物ACP来提高硝胺改性双基推进剂的燃速,得到了ACP影响推进剂燃速的一般规律推进剂的燃速随ACP的含量和粒度的增大而增大.在简化数学模型的基础上,推导出ACP的使用粒径与推进剂燃速的关联不等式.     

纳米铝粉在固体推进剂中的应用研究

采用与常规铝粉相比较的方法,考察了不同类型纳米铝粉的活性铝含量与燃烧热值,并对含纳米铝粉推进剂的燃烧性能、能量性能进行了测定.结果表明,纳米铝粉自身的能量性能要劣于常规铝粉,亦不能改善推进剂的能量性能,但纳米铝粉有利于提高推进剂的燃速,并降低燃速压强指数.     

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%。     

铝镁贫氧推进剂中铝颗粒团聚特性

为了研究铝镁贫氧推进剂中铝颗粒燃烧的团聚行为和特性,采用扫描电子显微镜和光学可视化实验方法,对铝镁贫氧推进剂的燃烧过程、铝颗粒团聚产物的微观结构和粒径进行了研究,建立了铝团聚物尺寸预测模型并与实验数据进行了拟合。结果表明,在燃烧表面形成的铝液滴团聚物脱离燃烧表面后,会发生二次团聚。在1.0 MPa下,推进剂试件燃烧较充分,铝颗粒燃烧后为光滑的球状氧化铝颗粒,镁颗粒燃烧后为白色絮状;在0.2 MPa下,推进剂试件燃烧不充分,铝颗粒没有被完全氧化,表面较粗糙。随着燃烧室压强的升高,铝团聚物的体积平均粒径D(4,3)减小,而表面积平均粒径D(3,2)增大,粒径分布趋向单峰化,说明随着压强的增加,D(4,3)和D(3,2)的值越接近,铝团聚物的形状越规则,粒径分布越集中。团聚物粒径与燃烧速率成反比。     

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。     

RDX粒度对硝胺发射药力学性能及燃烧性能的影响

为研究黑索今(RDX)粒度对硝胺发射药力学性能及燃烧性能的影响,设计了RDX质量百分数为25.0%,平均粒径(D50)为30,50,150μm的3种硝胺发射药,采用摆锤式简支梁冲击试验机、落锤试验仪与密闭爆发器分别研究了其抗冲击强度、破碎情况及燃烧性能。结果表明,随着RDX粒度由150μm减小至30μm,发射药的低温(-40℃)抗冲击强度由3.46 J·cm~(-2)提高至8.99 J·cm~(-2),在落锤冲击(锤重5 kg,落高80 cm)作用下破碎度由96%降低到18%。RDX的平均粒径(D50)为30,50μm和150μm时,发射药的燃速压力指数分别为0.985、0.996和1.063。RDX粒径为30μm或50μm时,发射药u-p曲线较光滑,发射药燃烧稳定;RDX粒径为150μm时,在100~150 MPa、150 MPa~p_(dpm)的两个压力段范围内,燃速压力指数由1.125变为0.612,显示燃速压力指数存在突变,发射药燃烧不稳定。     

纳米铝基金属燃料推进剂燃烧稳定性研究

针对高金属含量纳米铝基燃料推进剂在实验过程中出现的非均匀燃烧、爆燃甚至爆炸等问题,基于理论分析的方法,深入研究了纳米铝基金属燃料推进剂燃烧过程及燃烧机理,采用推进剂制备与燃烧实验及数值仿真计算的方法进一步验证颗粒尺寸、形貌对推进剂燃烧稳定性的显著影响。在保压时间45 min,最大荷重67 kN,最大压强213.6 MPa制备条件下,对两种不同产地型号的纳米铝粉原料进行燃烧实验对比,结果表明,不同产地颗粒,在尺寸规格、实验环境相同条件下,金属推进剂稳态燃烧时反映燃烧性能的Nusselt数、Sherwood数、蒸发速率、燃烧速率和燃烧时间、比燃速等参数差异明显,在纵横比为10时,扁椭球颗粒的最大燃速1.3×10^-13 kg/s,而长椭球颗粒燃速大约高达3.0×10^-13 kg/s,约为扁椭球颗粒燃速的2.3倍,甚至出现爆燃现象,颗粒粒径、形貌(椭球形颗粒)分布的均一性是影响推进剂爆燃的重要因素。该研究可为纳米铝基金属燃料推进剂优化设计提供参考。     

Innovative Metallized Formulations for Solid Rocket Propulsion（英）

Several metallized solid rocket propellants,AP/Metal/HTPB in the ratio 68/18/14,were experimentally analyzed at the Space Propulsion Laboratory of Politecnico di Milano.Effects of the metals(micrometric and nanometric Al,B,Mg,and a variety of dual metals) on the performance of the propellant were studied and contrasted to a conventional micrometric aluminum(30 μm average grain size) taken as reference.It is shown that the propellant microstructure plays a fundamental role in controlling the critical aggregation/agglomeration phenomena occurring below and near the burning surface.Two specific effects of microstructure in terms of steady burning rate and average agglomerate size are illustrated.     

RDX对改性单基发射药燃烧性能的影响

为提高单基发射药(硝化棉/二硝基甲苯/邻苯二甲酸二丁酯/二苯胺,NC/DNT/DBP/DPA)的能量,在单基发射药中加入不同含量(5%、10%、15%、20%)、不同粒度(0.2,3.7,7.6,100.0μm)的黑索今(RDX),制备并得到改性单基发射药。通过密闭爆发器实验研究了RDX含量、粒度对改性单基发射药燃烧性能的影响规律。实验结果表明:在RDX粒度为7.6μm时,改性单基发射药的燃速随RDX含量的增加先降低再升高,在RDX含量为10%附近存在一个最小值;在50~p_(dpm)MPa(p_(dpm)为最大压力陡度所对应的压力值),改性单基发射药的燃速压力指数平均值均大于1。当RDX含量为5%时,改性单基发射药的燃速随RDX粒度的减小而减小;在50~p_(dpm)MPa,粒度为0.2,3.7μm的RDX改性单基发射药的燃速压力指数平均值均小于1,粒度为7.6,100.0μm的RDX改性单基发射药的燃速压力指数平均值均大于1。     

AP颗粒尺度对复合底排推进剂燃速的影响

为了解复合底排推进剂中AP氧化剂的含量及AP颗粒的大小对推进剂表观燃速的影响,利用一种综合燃烧模型,通过对燃烧过程的简化,计算了AP氧化剂不同粒径尺寸对底排推进剂燃速的影响,并和实验结果进行了比较.在此基础上,对不同AP含量的底排推进剂燃速进行了预测计算.结果表明,AP含量越高,底排推进剂的燃速越大;AP颗粒尺寸与底排推进剂燃速是非线性、非单调变化的关系.当AP粒径小于150μm时,AP颗粒尺寸越大,推进剂燃速越低;但AP粒径等于200μm时的推进剂燃速略高于150μm时的燃速.     

含氟功能助剂对发射药燃烧性能的影响

为提高发射药表面防盐湿、耐高温性能的同时调控其燃烧性能,采用TiO2纳米粒子与含氟单体反应合成了TiO2-含氟丙烯酸酯功能助剂。功能助剂和太根双基推进剂药片共混制备了发射药颗粒,对其进行了密闭爆发器实验。研究了含氟功能助剂的含量、含氟量及粒径对发射药定容燃烧性能的影响。结果表明:随着十二氟功能助剂含量的降低,发射药燃速呈增大趋势。十二氟功能助剂使发射药燃速提高0.1~0.3 cm·s-1,三氟功能助剂使发射药燃速降低0.4~1.0 cm·s-1。在本实验条件下,粒径对改善发射药燃速效果不明显。为更好地调控发射药起始燃烧速度,需要综合考虑含氟功能助剂链段中含氟量与TiO2含量二者比例以及发射药聚集体的物理形态。     

发射药药型结构对燃速测试结果的影响

为了研究药型结构对发射药燃速测试结果的影响,以高能硝胺发射药为研究对象,采用密闭爆发器燃烧实验和数据处理的分析方法,研究了4种药型及其不同内孔长径比发射药的燃速特性及其变化规律;采用中止燃烧实验研究了发射药内孔长径比对侵蚀燃烧的影响,并与太根发射药对比研究了燃速特性对侵蚀燃烧的影响关系。结果表明,多孔药的燃速压力指数明显小于单孔药,在内孔长径比相同的条件下,随着发射药内孔数量的增加,正比式燃速系数减小,燃速压力指数减小;在药型相同的条件下,随着内孔长径比增大,发射药侵蚀燃烧现象加剧,正比式燃速系数增大,燃速压力指数减小;燃速较高的发射药,侵蚀燃烧现象对燃速参数测试结果的影响更大。