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。     

GAP/NC交联改性双基推进剂能量及烟雾特性计算研究

利用推进剂能量特性计算程序,计算了以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)改性单基球形药为粘合剂的GAP/硝化棉(NC)交联改性双基推进剂的能量性能。以燃烧产物中Al_2O_3、HCl的含量评价其烟雾特性。结果表明,随着增塑剂端叠氮基聚叠氮缩水甘油醚(GAPA)含量的增大,理论比冲先增加后降低。随着粘合剂中GAP含量的增加,理论比冲降低,燃烧温度降低;而且增塑比越小,降低的幅度越大。GAPA含量和GAP含量对推进剂的烟雾特性影响不大。采用4,4'-二硝基-3,3'偶氮氧化呋咱(DNAF)取代AP后,在固体含量为60%,推进剂理论比冲在2600 N·s·kg~(-1)时,其燃烧产物与AP配方相比,N_2含量增加了44%,Al_2O_3含量下降了67%,HCl含量降为0,说明GAP/NC推进剂是一种具有高能量、低特征信号的重要推进剂。     

铝粉含量对火箭发动机推力影响研究

建立了固体火箭发动机喷管的气固两相流计算模型,对不同铝粉含量的复合固体推进剂的燃气在喷管中的两相流动进行了数值模拟。研究了推进剂中铝粉含量对发动机推力性能的影响规律;通过对速度场和压力场分析并结合推力基本计算公式得出发动机推力变化趋势,结果表明：在其他成分不变的情况下,随着单位质量复合推进剂中铝粉含量的增加,燃气流动速度降低、压力升高,火箭发动机的推力呈现先增大后减小的变化趋势。     

TKX-50/CL-20复配在固体推进剂中应用效能的预估

为实现含能材料1,1'二羟基-5,5联四唑二羟胺盐(TKX-50,又名HATO)在固体推进剂领域的高效应用,运用最小自由能法计算了含TKX-50、CL-20、TKX-50/CL-20的聚叠氨缩水甘油醚(GAP)基固体推进剂能量性能,分析了TKX-50和CL-20复配应用的可行性,预估了TKX-50/CL-20复配推进剂应用效能.结果表明,TKX-50含量增加时,燃烧室中推进剂平均温度(Tc)和燃气平均相对分子质量(Mˉg)同时下降,理论比冲呈先升后降的变化规律;TKX-50与CL-20相容等级为B,TKX-50/CL-20复配推进剂热稳定性和安全性能良好;TKX-50/CL-20复配推进剂可大幅拓宽配方各组分含量选择范围,理论比冲大于272 s的推进剂中CL-20含量下限仅为纯CL-20推进剂的40％;相同能量水平下,TKX-50/CL-20复配推进剂表现出低成本和低特征信号的特点,具备工程推广应用的潜力.     

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%。     

含CL-20改性双基推进剂的能量计算与分析

借助REAL软件,采用最小自由能法计算了含不同量六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)、黑索今(RDX)、Al的改性双基推进剂的能量特性。研究了CL-20、RDX、Al含量变化对该推进剂能量特性的影响。结果表明:随着CL-20含量的提高,该推进剂的理论比冲、燃烧温度、氧平衡和燃气平均分子量大幅度增加;在含CL-20改性双基推进剂中加入Al粉可进一步提高推进剂的能量,但Al粉含量应使体系氧平衡系数大于0.53,否则将降低能量。     

铝粉含量对GAP钝感推进剂性能的影响

以铝粉含量为5％、10％、15％和18％的缩水甘油叠氮聚醚(GAP)推进剂配方为研究对象,采用力学拉伸试验机、动态热机械分析仪(DMA)和模拟计算软件等,分析了铝粉含量对推进剂力学性能、界面性能、燃烧性能、安全性能、能量性能和密度等的影响.结果表明,以30μm铝粉代替320μm AP,随铝粉含量的提高,推进剂的最大抗拉强度和最大伸长率逐渐增大,界面性能得到进一步改善;推进剂在3～9 MPa下的静态燃速并未发生明显变化但压强指数由0.43降低至0.40.配方中铝粉含量为5％和18％的推进剂危险等级均达1.3级,其中铝粉含量为18％的推进剂配方的撞击和摩擦感度分别为0％和44％,低于铝粉含量为5％的配方(分别为4％和48％);软件模拟计算表明,铝粉加入量的提高使推进剂的能量和密度均呈上升趋势,但推进剂的标准比冲提升趋势趋于平缓.     

固体推进剂高能氧化剂的发展方向

正固体推进剂工作过程是实现化学能→热能→动能的有效组织与转化的过程,提高固体推进剂储能效率的重要方法为选择适当的组分配合和优化配方。图1给出了端羟基聚丁二烯(HTPB)/高氯酸铵(AP)、HTPB/AP/AI、HTPB/AP/AI/奥克托今(HMX)和高能硝酸酯增塑聚醚(NEPE)四种典型固体推进剂配方体系的化学能、做功效率和做功能量之间的变化情况,体现了协调化学储能     

HAN基水下单元推进剂性能研究

采用平衡常数法计算了不同配方下硝酸羟胺(HAN)基水下单元推进剂D1(含二氧杂环己烷)的燃气组成及能量示性数;在液体再生式密闭爆发器中对D1进行了燃烧实验,定性分析了不同装填密度对燃烧性能的影响;对D1、LP1846、OTTOⅡ-三种推进剂的能量特性和水面航迹进行了分析比较。结果表明,D1的理论比冲和特征速度可分别达到2343.53 N.s.kg-1、1466.32 m.s-1,较LP1846(2157.99 N.s.kg-1,1341.04 m.s-1)、OTTO-Ⅱ(2038.52 N.s.kg-1)高;D1水溶性产物占燃气摩尔总数的77.7%,水面航迹较OTTOⅡ-小,具有较好的隐蔽性。     

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。     

叠氮增塑剂的能量特性研究

阐述了几种叠氮增塑剂的简要性能 ,计算研究了它们的能量特性 ,结果显示 TMNTA的能量为最高。绘制了 TMNTA与 GAP、RDX组成的无烟推进剂的等性能三角图 ,还绘制了 EGBAA、TMNTA与 RDX及Al组成推进剂的等性能三角图和三维立体图 ,可形象、直观地看出这类推进剂的比冲、燃烧温度与配方组分之间的关系     

LS基推进剂的热解特性

用差示扫描(DSC)和热重分析(TG)研究了斯蒂芬酸铅(LS)/硝化棉(NC)/双铅2(SQ-2)推进剂热稳定性。用热力计算方法分析了四种推进剂(高氯酸铵(AP)/端羟基聚丁二烯(HTPB),AP/NC,LS/NC和LS/SQ-2)的能量特性。研究了配比为55,64,73三种LS/NC推进剂和配比为46,55,64,73四种LS/SQ-2推进剂的热分解特性。结果表明:添加NC或SQ-2能降低LS的热稳定性,提高推进剂的能量,其中NC的效果更显著,认为LS和NC可选作微型发动机用推进剂的组分。     

无烟XLDB推进剂燃烧性能研究(Ⅱ)

详细研究了不同铜盐(AD和BC)和炭黑对推进剂燃烧性能的影响.结果表明,适量AD([AD]＜φAD)使推进剂在3～20MPa压力范围内的燃速上升,压强指数分别降至0.39(3～5MPa),0.31(5～12MPa)和0.42(12～20MPa).含BC的推进剂在12～18MPa压力范围内比含AD的推进剂燃速高,压强指数低.熄火表面元素分析表明,BC和AD中的铜元素在推进剂燃烧表面的含量不同.通用炭黑对推进剂的燃烧性能无明显影响,乙炔和中超炭黑能改善推进剂在3～18MPa压力范围内的燃烧性能.炭黑含量增加,推进剂在3～20MPa压力范围内的燃速增加,压强指数降低.     

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。     

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。     

含偶氮四唑胍的改性双基推进剂性能（英）

采用浇铸工艺制备了含偶氮四唑胍盐(GZT)的RDX-CMDB推进剂,系统地研究了含GZT的RDX-CMDB推进剂的能量性能、燃烧性能和热安全性能等。理论计算和实验研究结果表明:RDX-CMDB推进剂的比冲、爆热和燃温随GZT含量的增加而降低,15%的GZT使推进剂的比冲降低了29.2 s,爆热降低了1248 kJ.kg-1,燃烧温度降低了800 K;RDX-CMDB推进剂的成气量随GZT含量的增加而增加,15%的GZT使成气量增加了10.73 mol.kg-1;GZT使RDX-CMDB推进剂燃烧更完全,且高温下(200℃以上)更容易燃爆,但对推进剂在100℃下的热安全性能无明显影响;对于不含有机铅铜催化剂的RDX-CMDB推进剂,G ZT使推进剂燃速升高,压强指数降低,15%的G ZT使推进剂7 MPa下的燃速提高了1 mm.s-1,使7～10 MPa间的压力指数由0.86降低到0.70;对于含有机铅铜催化剂的RD X-CMD B推进剂,G ZT使推进剂的压力指数升高,燃速降低,15%的G ZT使推进剂7 MPa下的燃速下降了3 mm.s-1,7～10 MPa间的压力指数由0.47上升到0.69。热行为研究表明,GZT表现出一单独的分解失重过程。     

PGN/ADN推进剂的燃烧性能

采用靶线法在3.0～15.0MPa压强范围内,研究了固含量、铝粉含量、二硝酰胺铵(ADN)的粒径及含量、燃速调节剂及热稳定剂对PGN/ADN推进剂燃烧性能的影响。结果表明,ADN的粒径(450μm,450～900μm)和含量(0%～30%)增加时,PGN/ADN推进剂的燃速和压强指数均适当增加;改变Al粉含量,PGN/ADN推进剂的燃速和压强指数均无明显变化;添加适量(0.5%)燃速调节剂Fe2O3可增加推进剂的燃速并降低压强指数,添加适量(0.5%)燃速调节剂草酰胺可有效降低压强指数。添加适量稳定剂(1%)2-硝基二苯胺(2-DNPA)和N-甲基-4-硝基苯胺(MNA)可以使推进剂的压强指数分别由0.49降低到0.34和0.40。     

含CL-20的NEPE固体推进剂能量特性及低特征信号的研究

在NEPE推进剂基础配方中添加高能氧化剂六硝基六氮杂异伍兹烷（CL－20）,同时降低铝和高氯酸铵（AP）含量,以降低特征信号,大幅度提高推进剂的能量特性。对具体配方的能量水平进行了计算,研究AP、铝粉和催化剂含量对含CL－20的NEPE推进剂能量特性的影响。通过对比分析发现,随着AP、铝粉含量的降低和CL－20的增加,推进剂的比冲增加,体系的特征信号降低。     

氧化高氮杂环羟胺盐在固体推进剂中的能量性能分析

为评价新的氧化高氮杂环羟铵盐作为复合固体推进剂组分的能量潜力,采用推进剂性能评估程序PEP模拟计算了3,3'-二硝基-5,5'-联-(1-氧-1,2,4-三唑)二羟铵(DHDNBT)、5,5'-联-1,1'-二氧-四唑二羟铵(TKX-50)和5,5'-偶氮联-(1-氧四唑)二羟铵(DHABT)取代AP/Al/HTPB和AP/Al/GAP+NE两种复合固体推进剂体系中AP后的能量效果,并与HMX进行了比较。结果显示,在高固体含量的AP/Al/HTPB体系中,TKX-50和DHABT取代部分AP所得到的配方在很大的配方调节范围内能量性能与HMX取代AP配方相当,DHDNBT取代AP所得配方能量特性与同样含量HMX取代AP所得配方相当。在AP/Al/GAP+NE体系中,DHDNBT配方能量性能与同样含量HMX配方相同。含TKX-50和DHABT配方能量性能优于含HMX配方。含TKX-50和DHABT配方最高冻结流比冲分别为2662.7 N·s·kg-1和2696.0 N·s·kg-1,比HMX取代同体系中AP所得配方的最高冻结流比冲(2622.5N·s·kg-1)高40.2 N·s·kg-1(TKX-50)和73.5 N·s·kg-1(DHABT)。用设想的双-(1-氧-四唑)胺二羟铵(DHBTA)取代AP/Al/GAP+NE体系中AP可使最高冻结流比冲达到2708.7 N·s·kg-1,比HMX取代同体系中AP所得的最高冻结流比冲高86.2 N·s·kg-1,且在很大配方调节范围内有比HMX配方更高的能量特性。     

HMX含量对丁羟四组元推进剂团聚及凝聚相燃烧产物的影响

奥克托今(HMX)作为含能材料在能够提高推进剂能量性能的同时可改变推进剂的燃烧过程,广泛用于固体推进剂中。为了研究HMX含量对推进剂点火、燃烧、团聚和凝聚相燃烧产物特性的影响,采用推进剂燃面拍摄、激光点火以及凝聚相燃烧产物收集方法对HMX含量在0%～10%范围内的典型四组元推进剂进行试验研究。结果表明：随着HMX含量由0%增加到10%,推进剂的点火延迟时间由191 ms增加到286 ms,推进剂的燃速和压强指数均减小,凝聚相燃烧产物的体积平均粒径D₄₃由48.1μm增加到138.3μm。含10%HMX的推进剂燃面上铝的团聚程度最大,而含8%HMX的推进剂凝聚相燃烧产物中活性铝的含量最高。