含相稳定硝酸铵的CMDB推进剂燃烧性能研究

详细研究了含相稳定硝酸铵(PSAN)的复合改性双基(CMDB)推进剂的燃烧规律.发现PSAN使CMDB推进剂的燃速降低,压强指数升高;对催化PSAN热分解有效的燃烧催化剂也可改善含PSAN的CMDB推进剂的燃烧性能,其中催化剂Ct-A的催化作用最为有效.     

硼粉理化特性及其在富燃料固体推进剂中的应用进展

综述了富燃料推进剂用燃烧剂硼粉的理化特性及其应用进展, 总结了目前存在的问题, 并展望了其在富燃料固体推进剂中的应用前景.     

改善含硼高能贫氧推进剂燃烧特性的技术途径

综述了国内外对含硼贫氧推进剂燃烧特性及其改进技术的研究成果，结果表明，硼粉具有高燃烧热值，但点火性能和燃烧特性较差，采用硼粉表面包覆，添加易燃金属和高能粘合剂等技术是改善硼粉点火和燃烧特性的有效途径。     

铝粉含量及粒径对CMDB推进剂性能的影响

研究了Al粉的含量以及纳米级Al粉(粒径<100nm)和普通Al粉(粒径12～15μm)对浇铸复合改性双基(CMDB)推进剂能量性能、燃烧性能的影响,并探讨了该类推进剂的燃烧机理。结果表明,随着Al粉含量的增大,CMDB推进剂的能量提高,Al粉的最佳添加量为8%;当普通粒径Al粉与纳米Al粉以1:1级配时,CMDB推进剂低压段燃速大幅提高,7～15MPa压强范围内的压力指数降至0.45以下。     

硝胺推进剂燃烧性能的实验研究

主要探讨了ＲＤＸ丁羟推进剂燃烧性能的规律。研究结果表明：有胺配方（硝胺炸药含量不小于４０％）中使用过多的细粒度高氯酸铵（ＡＰ）。导致压强指数（ｎ）增国；低硝胺配方中（硝胺炸药含量小于３０％），增加４０－６０目的粗ＡＰ，对燃速（ｒ）、压强指数无改善作用，使用细的ＲＤＸ对降低ｎ值有利。还研究了硝胺炸药（ＮＡ）含量以及不同的粘合剂对ｎ值的影响，并给出了平台推进剂配方的ｒ、ｎ结果。     

氧化剂包覆硼颗粒对硼基推进剂点火燃烧特性的影响

选取高氯酸铵(AP)、硝酸铵(AN)、硝基胍(NQ)、奥克托今(HMX)4种氧化剂,采用重结晶法包覆硼(B)颗粒,制取了相应的B基推进剂样品。利用热重-差示扫描量热及激光点火试验系统研究了不同氧化剂包覆对B基推进剂点火燃烧特性的影响,设置机械混合样品作为对照组。结果表明,AP的包覆会使样品发生低温急剧燃烧,从而促进硼颗粒的低温氧化,有效缩短样品的点火延迟时间至330 ms。与机械混合样品进行对照发现,包覆是产生低温急剧燃烧现象的重要原因。AN包覆的B基推进剂样品具有更低的起始反应温度,为327.6℃,但其整体放热性能较差,平均燃烧温度仅为642.8℃。NQ、HMX的包覆能有效提高B基推进剂的燃烧强度,缩短燃烧时间。其中,NQ有利于提高燃烧强度的峰值;而HMX则更有利于整体燃烧强度的提升,其包覆使B基推进剂燃烧时间缩短为2750 ms,平均燃烧温度达到845.5℃,放热量提高至9968 J·g~(-1)。     

高压下氟烃／硼／AP推进剂的燃烧特性

研究了氟烃／硼／ＡＰ推进剂的热分解和燃烧性能，氟碳粘结剂（ＦＢＤＲ）被ＡＰ的分解产物氧化，在缓慢热分解时它的分解温度范围低于１５０℃。硼粒子在５５０℃下既不与ＦＢＤＲ反应，也不与ＡＰ反应。在小型发动机试验中，硼粒子甚至在低的特征排气速度下也能在３０～８０ＭＰａ压力下和短时间内（１ｍｓ）完全燃烧。需要最小的自内容积以完成在燃烧室中的燃烧反应。在小于１１０ｃｍ的特征燃烧室长度的情况下，特征排气速度显著减小。该类硼化推进剂在－３０～６０℃之间表现出低的温度感度。     

硼粉改性对推进剂工艺性能的影响

采用HAAKE粘度计测定硼粉／丁羟简单体系和实验推进剂药浆屈服值和表观粘度，研究了硼粉的处理效果和处理硼粉BS对硼含量为35％-40％实验配方药浆工艺性能的影响。结果表明：在研究处理硼粉BD、BW、BT和BS系列中，BS的处理效果最好，处理工艺稳定。用处理硼粉BS制成的实验药浆具有较好的可浇性、流平性和适用期。实验药浆的流体特征，在出料初期2—3h内呈Casson或Bingham流体，有显著剪切稀化和明显的静止结构恢复特征。     

复合球形药对改性双基推进剂力学性能和燃烧性能的影响

将RDX、铝粉、催化剂等用硝化棉包覆,制成复合球形药,然后用这种复合球形药制备出改性双基推进剂,测试了这种推进剂的力学性能和燃烧性能。结果表明,采用复合球形药制备的改性双基推进剂比用双基球形药制备的改性双基推进剂的力学性能大幅度提高,低温断裂延伸率从7.84%提高到26.86%,高温最大拉伸强度提高了0.97倍,燃速压强指数从0.38降低到0.30。     

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)。     

一种宽平台宽温改性双基推进剂燃烧性能研究

采用螺压工艺研究了Pb、Cu、CB单组分、双组分和3组分催化剂在改性双基推进剂中的催化性能,获得了燃速28~30mm/s(20℃,14MPa),﹣55℃、20℃、70℃3种温度时,8~10MPa、10~14MPa、14~17MPa、17~20MPa压力指数基本相同的双基推进剂,并且在低温、常温、高温条件下平台压力范围均为8~20MPa,实现了该推进剂﹣55~70℃使用的宽温性能。     

含DNTN的CMDB推进剂的能量特性的计算及其组分的相容性

根据最小自由能法,采用NASA-CEA软件,计算了含2,3-二羟甲基-2,3-二硝基~(-1),4-丁二醇四硝酸酯(DNTN)的复合改性双基(CMDB)推进剂能量特性。采用差示扫描量热法研究了DNTN和CMDB推进剂组分的相互作用。结果表明,DNTN替代硝化棉(NC)+硝化甘油(NG)/黑索今(RDX)/Al推进剂配方中的RDX,使体系的理论比冲最大,达2666.5 N·s·kg~(-1),特征速度逐渐增大,氧系数逐渐提高。DNTN全部替代NC+NG/高氯酸铵(AP)/Al推进剂配方中的AP,使理论比冲最大,达2669.1 N·s·kg~(-1),燃气平均分子量降低,燃温升高,表明CMDB推进剂体系中的DNTN有良好的应用潜力。DNTN与NC/NG、RDX、奥克托金(HMX)、六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)、吉纳(DINA)和炭黑(C.B)之间没有明显的相互作用,与邻苯二甲酸铅(φ-Pb)和1,3-二甲基~(-1),3-二苯基脲(C2)之间相互作用明显。     

含FOX-12硝胺发射药的燃烧特性

采用DSC-TG、密闭爆发器、中止燃烧试验装置,研究了含N-脒基脲二硝酰胺盐(FOX-12)的硝胺发射药的热分解和燃烧特性。结果表明:该硝胺发射药中的NC-NG体系和FOX-12一起开始分解,加入FOX-12使硝胺发射药的燃速压力指数降低,其值小于1,随着FOX-12含量的增加,硝胺发射药的压力指数在低压段(10～20 MPa)降低幅度大于中高压段(40～240 MPa)的幅度。     

含TNAD改性双基推进剂的燃烧性能

用燃速测试、TG/DTG热分析和燃烧波结构测试研究了含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;结果表明：用等质量的TNAD替代RDX,可提高推进剂燃速、降低中低压下的压强指数;与RDX相比,TNAD的热分解速率较快,放热趋于集中,且对NC和NG的热分解具有促进作用;此外,TNAD还能增强推进剂气相氧化还原反应的激烈程度,同时加快推进剂凝聚相的传热速率.     

典型单基发射药和双基发射药燃烧火焰辐射特性

为了探究单基发射药和双基发射药燃烧的火焰辐射特性以指导抑爆系统探测器的设计,设计并搭建了发射药燃烧火焰光谱测试系统,测试分析了空气氛围不同压力条件(-0.05,0,0.20 MPa)下典型单基发射药“20/7”和双基发射药“双芳-3”试样燃烧时的火焰辐射光谱。结果表明：常压条件下,“20/7”单基药仅在550～650 nm波段看到较弱的连续辐射光谱,观测到OH^*,C₂^*和CHO^*的发射峰,在燃烧火焰区可能存在这些活性中间体。“双芳-3”双基药燃烧火焰中固体颗粒物含量多,在200～1700 nm波段内可见连续辐射光谱,其辐射强度大于“20/7”单基药,掩盖了这一波段部分发射峰信息,但在1000～1700 nm波段,采集到CN^*,OH^*等基团的发射峰。2种发射药的火焰光谱中存在很强的Na^*,K^*,Ca^*的发射峰,推测源自硝化棉中残留的木质素。增大燃烧室压力,2种发射药燃烧辐射强度增大。低压条件下...     

DNTF在螺压高能硝胺改性双基推进剂中的应用

为探索3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)对改性双基推进剂(RDX/Al/CMDB)的影响,以DNTF逐渐取代螺压高能硝胺改性双基推进剂中的RDX进行验证试验。表征了引入DNTF后改性双基推进剂的工艺性能、力学性能、燃烧性能、安全性能以及能量特性。研究结果表明:DNTF的引入对推进剂加工工艺性能及化学安定性无不良影响; DNTF的引入不仅可以提高推进剂能量,对改善推进剂力学性能以及降低机械感度也是有益的。DNTF的引入可以适当提高推进剂燃速; 在引入的DNTF含量不超过10%时,燃速压力指数所受影响不明显。     

AP/Al/CMDB推进剂表面和界面性能研究

采用动态接触角和界面张力仪研究了氮含量不同的硝化棉(NC)与不同粒度的高氯酸铵(AP)表面性能以及NC与填料之间的界面性能,研究了界面性能对含AP和铝粉(Al)改性双基推进剂(AP/Al/CMDB)力学性能的影响。结果表明,NC的氮含量越低,AP的粒度越小,它们的表面张力以及其极性分量和非极性分量愈大。同时AP的粒度越小,NC与AP间界面张力和粘附功越小;但由于界面张力减小的效应强于粘附功越小的效应,推进剂的抗拉强度仍增大。而NC氮含量愈小,NC与AP间界面张力越小、粘附功愈大,推进剂抗拉强度增强。     

柠樣酸铋的制备、结构表征及其在固体推进剂中的催化作用

以柠檬酸、氧化铋为原料，制备了柠檬酸铋(CIT-Bi)，收率达到80%，釆用FT-IR、元素分析和X荧光衍射法对其结构进行了表征。研究了柠檬酸铋对双基和RDX-CMDB推进剂燃烧的催化作用，结果表明，柠檬酸铋对双基系推进剂燃烧有良好的催化作届，能显著提高推进剂的燃速，降低压カ指数,特别是与少量炭黑复合后，对推进刹的催化效率更高。用热重-微商热重分析(TG-DTG).X荧光衍射法和FT-IR研究了柠檬酸铋催化剂的催化作用机理。