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.     

GAP高能低特征信号推进剂的燃烧性能调节

研究了硝胺种类、固体组分含量和粒度、增塑剂与GAP的增塑比及燃速催化剂对GAP高能低特征信号推进剂在11~19MPa下燃烧性能的影响。结果表明,当HMX取代推进剂样品中的RDX时,推进剂的燃速较高,压强指数从0.72降至0.63;在AP和HMX总质量分数为67.5%的条件下,随着AP质量分数由5%增至30%,推进剂燃速逐渐增大,压强指数由0.82降至0.45;减小AP粒度以及在配方中添加燃速催化剂或调节过渡金属化合物J1/J2的配比,可较大幅度地增加推进剂燃速和降低压强指数,其中,J1与J2总质量分数为3%,二者质量比为2∶1和1∶1时,推进剂的压强指数较小,分别为0.50和0.48;随着HMX粒度减小及增塑剂与GAP黏合剂的增塑比的降低,推进剂的燃速和压强指数降低。     

CL-20含量及其粒度级配对NEPE推进剂燃烧性能的影响

采用静态与水下声发射法测试了CL-20含量及其粒度级配对NEPE推进剂燃速与压强指数的影响;采用DSC与TG-IR联用研究了CL-20对NEPE推进剂热分解行为的影响。结果表明,随着CL-20质量分数由42%增至50%,推进剂燃速与压强指数上升,燃烧效率提高,表明CL-20氧化能力高于GAP/硝酸酯含能黏合剂体系;随着CL-20/HMX、CL-20/Al质量比增高,推进剂燃速上升,燃烧效率上升;CL-20对推进剂燃速和压强指数的贡献高于HMX;随着CL-20/AP质量比增高,CL-20/AP混合体系分解产物氧化能力降低,燃烧反应速率降低,燃速降低;CL-20粒度级配对NEPE推进剂燃烧行为影响显著,当CL-20的粒径(d50)在5~50μm时,随着细粒度CL-20含量增高,推进剂燃速与燃速压强指数下降;当体系中存在超细粒度CL-20(d50=500nm)时,推进剂燃速与燃速压强指数随着超细粒度CL-20含量的增加而有所增加,4种粒度CL-20对NEPE推进剂燃速的贡献顺序为:粗粒度>中粒度>超细粒度>细粒度。     

Al粉在高燃速AP/CMDB推进剂中的应用

采用量热仪、燃速仪、PDSC分别研究了含不同粒度和含量Al粉的高燃速AP/CMDB推进剂的爆热、燃烧性能与热分解特性。结果表明,推进剂爆热与Al粉的含量成正比;Al粉质量分数为0~8%时,对推进剂燃烧性能无明显影响;Al粉粒度由14μm减小至5μm时,推进剂爆热降低40J/g,热分解放热量增加107J/g,7~10MPa压强下推进剂燃速提高1~1.8mm/s,7~22MPa下压强指数由0.56降至0.50;当Al粉(质量分数3%)粒度减小为150nm时,推进剂的爆热降低93J/g,热分解放热量增加343J/g,18~22MPa压强下的燃速提高2~3mm/s。     

RDX对含硼富燃料推进剂一次燃烧产物组分影响的计算研究

为了研究黑索今(RDX)对含硼富燃料推进剂一次燃烧产物组分的影响,用吉布斯最小自由能法计算了5种推进剂配方的一次燃烧产物组分,并通过测试燃烧产物中的总硼含量对热力学计算结果进行了验证。结果表明,采用最小自由能法计算含硼富燃料推进剂的一次燃烧产物组分,其结果准确、可靠;当含硼富燃料推进剂中RDX含量增加时,一次燃烧产物中B_4C和B_2O_3含量减少、C和BN含量增加,且一次燃烧温度也升高;提高一次燃烧压强可提高硼的氧化率、降低B_4C的生成量,有效提高一次燃烧温度,因此提高一次燃烧压强有助于提高含硼富燃料推进剂的二次燃烧效率。     

降速剂及其作用位点对丁羟四组元推进剂燃烧性能的影响规律

为研究降速剂对丁羟四组元推进剂燃烧性能的影响规律,将典型季铵盐和金刚烷衍生物两种高效降速剂引入核壳结构铝基复合颗粒Al@HMX和AP@Al,使其分别作用于HMX颗粒内部和AP颗粒表面,制备了4种含降速剂的铝基复合颗粒(Al/A@HMX,Al/B@HMX,AP@Al/A和AP@Al/B);采用扫描电子显微镜对样品形貌进行了表征;采用高速红外相机拍摄推进剂燃烧过程的火焰红外照片,并对推进剂的爆热、密度、点火延迟时间和燃速进行了测试。结果表明,加入惰性降速剂会导致推进剂爆热降低,而Al@HMX复合颗粒能部分抵消这一现象,使推进剂爆热值增加了338J/g;降速剂能够抑制AP和HMX的热分解过程,使达到AlO辐射峰值前维持低强度的“平台段”;而引入Al@HMX后,推进剂的点火延迟时间比基础配方减小49.4%;在10～20MPa范围内两种降速剂均能有效降低推进剂燃速,在此基础上采用Al@HMX可使含季铵盐丁羟四组元推进剂20MPa下的燃速降低7.1mm/s(38.4%),压强指数降至0.25;当降速剂作用于AP表面时,含质量分数1%季铵盐的推进剂在20MPa下燃速可降低5.0mm/s(27.3%)...     

p(BAMO-AMMO)热塑性高能推进剂燃烧转爆轰试验研究

采用燃烧转爆轰(DDT)管法研究了p(BAMO-AMMO)热塑性推进剂主要固体组分RDX和AP含量、AP粒度及级配等对其燃烧转爆轰响应规律的影响。结果表明,在相同试验条件下,含质量分数65%AP的p(BAMOAMMO)推进剂发生了燃烧转爆轰响应,而含等量RDX的p(BAMO-AMMO)推进剂仅发生了燃烧反应。当RDX质量分数从65%增加到85%时,样品由燃烧反应变为燃烧转爆轰反应。含等量细粒度(d50=1.0μm)AP的推进剂发生燃烧转爆轰的倾向较含粗粒度AP(d50=105μm)的低。当粗、细AP以质量比为10∶3级配时,p(BAMOAMMO)推进剂未发生燃烧转爆轰反应。     

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。     

提高碳氢富燃料推进剂燃速压强指数研究

研究了碳氢富燃料固体推进剂中固体组分的种类、含量、规格,燃速催化剂的种类、含量等因素对配方燃速压强指数(简称压强指数)的影响。结果表明,碳氢富燃料推进剂的压强指数随氧化剂含量的适度降低和固体碳氢燃料TQ粒度的减小而升高,当w(N9)为3%时,压强指数达到最高,以Mg作金属燃烧剂和以EM作燃烧催化剂的配方有较高的压强指数。通过优化上述因素,推进剂的压强指数达到了0.62~0.66。     

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.     

AP/Al/SMX/HTPB四组元推进剂能量特性的理论研究

采用推进剂性能评估软件(PEP),计算和比较了2,3-二羟甲基-2,3-二硝基-1,4-丁二醇四硝酸酯(SMX)和HMX取代高氯酸铵/铝粉/丁羟黏合剂(AP/Al/HTPB)推进剂中AP对配方能量性能的影响。用高温化学平衡计算代码模拟计算了AP/Al/SMX/HTPB和AP/Al/HMX/HTPB复合固体推进剂的能量和标准发动机工作过程。结果表明,与HMX相比,SMX能在更大的配比范围内提高HTPB推进剂的能量水平。在质量分数14%HTPB、18%Al的配方中,SMX能有效将推进剂的平衡流比冲提高到2 622.5N·s/kg,比HTPB三组元能量优化配方高27.5N·s/kg。在质量分数14%HTPB、15%Al的配方中,SMX取代AP后,比冲最高可达2 634.2N·s/kg,比HTPB三组元能量优化配方高39.2N·s/kg。在质量分数15%Al、HTPB质量分数为12%和10%的配方中,SMX质量分数可分别达到45%和65%;最高比冲可分别达到2 652.9和2 679.3N·s/kg,比HTPB三组元能量优化配方分别高57.9和84.3N·s/kg。在不含Al或Al含量很低的配方中,SMX可取代全部AP。     

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。     

含3,5-二硝氨基-1,2,4-三唑肼盐推进剂的能量特性计算

为评价新型高氮化合物3,5-二硝氨基-1,2,4-三唑肼盐(HDNAT)作为固体推进剂组分的应用潜力,采用NASA-CEA软件,在标准条件下(pc∶p0=70∶1),计算了含HDNAT的丁羟推进剂(HTPB)、聚叠氮缩水甘油醚(GAP)推进剂和改性双基推进剂(CMDB)的能量特性。绘制了HTPB/Al/AP/HDNAT推进剂(金属Al的最大质量分数为20%)的标准理论比冲Isp、特征速度C*、燃烧温度Tc、燃气平均相对分子质量Mw的等性能三角图。结果表明,HDNAT单元推进剂的比冲为2 533.0N·s/kg;在HTPB推进剂中,当HDNAT质量分数为50%时,Isp最大为2 658.0N·s/kg,较基础配方提高了326.6N·s/kg;在GAP推进剂中,当HDNAT质量分数为30%时,Isp最大为2 529.0N·s/kg,较基础配方提高了252.7N·s/kg;在CMDB推进剂中,当HDNAT质量分数为27%时,Isp最大为2 593.1N·s/kg,较基础配方提高了57.3N·s/kg。     

纳米镍粉对Al-CMDB和CL-20-CMDB推进剂燃烧性能的影响

为了研究粒径为50nm的纳米镍粉(nano-Ni)对含Al改性双基(Al-CMDB)推进剂、含六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)改性双基(CL-20-CMDB)推进剂燃烧性能的影响,通过吸收-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。通过电镜扫描、火焰照片、燃烧波、熄火表面形貌及元素分析和DSC分析了纳米镍粉对Al-CMDB推进剂燃烧性能影响的原因。结果表明,在Al-CMDB推进剂中加入nano-Ni可大幅度提高推进剂燃速,降低推进剂的压强指数;当加入质量分数0.7%的nano-Ni时推进剂10MPa的燃速达到35.59mm/s,8~20MPa压强指数从0.43降低至0.17,15~20MPa出现麦撒效应。在CL-20-CMDB推进剂中加入质量分数0.5%的nano-Ni能明显提高推进剂的中低压(4~10MPa)燃速,8~20MPa压强指数约为0.01,15~20MPa出现麦撒效应。     

基于HTPB改性多功能助剂的合成及性能分析

在多羟基、多胺基聚丁二烯(AEHTPB)的基础上,向其分子结构中引入硼酸酯基团,制备出多硼酸酯基、多胺基聚丁二烯(AEHTPB-B);通过红外光谱、核磁共振氢谱对产物的结构进行表征,并对产物的黏度、玻璃化温度、羟值、胺值等理化性质进行了分析;研究了AEHTPB-B对黏合剂基体力学性能的影响,并通过装药实验探究了AEHTPB-B对丁羟四组元推进剂力学性能及燃烧性能的影响,分析了AEHTPB-B对不同填料的键合效果。结果表明,AEHTPB-B可提高黏合剂基体强度,还可同时对高氯酸铵(AP)及黑索金(RDX)填料起键合作用,有效改善丁羟四组元推进剂的力学性能;当AEHTPB-B质量分数为8%时,常温下推进剂拉伸强度(σ_m)可提升29.2%,最大伸长率(ε_m)可提升63.3%,推进剂燃速降低11.7%。     

用ACP提高固体推进剂的燃速

用快燃物ACP提高改性双基推进剂、AP／HTPB复合推进剂和N-15D推进剂的燃速,取得了非常显著的效果。在HMX和RDX改性双基推进剂配方中加入不同粒度不同含量的ACP,推进剂的燃速均能提高,压强指数基本无变化。在AP基复合推进剂配方中加入ACP,其燃速均有不同程度的提高,而且在7～15MPa的压强范围内,压强指数小于0．45。成功地进行Ф64mm发动机试验,并获得稳定的P-t曲线。N-15D推进剂配方的燃速较低,加入ACP后,燃速也有提高,压强指数稍有增大。结果表明,加入ACP后燃速提高效率分别是：HMX改性双基推进剂配方为40．62％,RDX改性双基推进剂配方为38．00％,复合推进剂配方为37．35％,N-15D推进剂配方为9．90％。     

燃烧催化剂对含CL-20无烟NEPE推进剂燃烧性能的影响

采用靶线法测试了2~15MPa下含CL-20无烟NEPE推进剂的燃速,通过调节不同种类燃烧催化剂(铅盐、铜盐和炭黑)及其复配催化剂,研究了催化剂对含CL-20无烟NEPE推进剂燃烧性能的影响。分析了含CL-20和催化剂的无烟NEPE推进剂的催化作用机理。结果表明,随着CL-20含量的增加,推进剂的燃速明显增大,当CL-20质量分数为30%时,15 MPa下推进剂的燃速可提高68%。与单组分催化剂和多组分催化剂相比,复配后的双组分燃烧催化剂对推进剂燃速的催化效果最明显,含NTO-Pb/AD-Cu复配催化剂的推进剂在15MPa下的燃速增至25.66mm/s。φ-Pb/乙炔炭黑燃烧催化剂使推进剂在10~15MPa出现平台燃烧,燃速压强指数降至0.22,在2~15MPa下降至0.52。     

低铝含量HTPB固体推进剂的燃烧特性

为研究低铝含量推进剂的燃烧特性，以铝粉质量分数5%的低铝含量HTPB推进剂为对象，以铝粉质量分数12%～18%的HTPB推进剂为参比，通过水下声发射、BSFΦ75及BSFΦ165标准试验发动机等测试方法研究了低铝含量推进剂的燃烧性能和能量性能。结果表明，同一固含量条件下，低铝含量推进剂燃速较高，压强指数没有明显变化；铝粉粒度越细，低铝含量推进剂燃速和燃速压强指数越大；经BSFΦ75发动机内弹道p(压力)—t(时间)曲线验证，8～10MPa内低铝含量推进剂燃烧稳定；经BSFΦ165发动机试车验证，7MPa下，低燃速低铝含量推进剂实际比冲2387N·s/kg,比冲效率达到97.3%,高燃速低铝含量推进剂实际比冲2465N·s/kg,比冲效率达到98.6%。低铝含量推进剂燃烧效率高，相近燃速下低铝含量推进剂与常规铝含量推进剂能量在同一水平。     

团聚硼对富燃料推进剂燃速的影响

通过调节黏合剂种类和团聚工艺,采用于法硼团聚工艺制取球形度良好、粒径为0．105～0．19mm的团聚硼粒子,并制得硼质量分数32％、热值约32MJ／kg、工艺性能良好的含硼富燃料推进剂;采用靶线法测试含硼富燃推进剂的燃速及压强指数,并测试不同AP粒度级配、镁铝合金粒径以及团聚硼粒径对富燃推进剂燃速的影响。结果表明,减小AP粒度及团聚硼粒径、增加超细AP含量和固体组分含量,可大大改善含硼富燃推进剂的燃烧性能。而镁铝合金粒径对推进剂的燃烧性能基本没有影响。     

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。