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。     

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和AP粒径对CL-20推进剂燃面团聚及凝相产物特性的影响

为了研究Al和AP粒径对CL-20推进剂燃面团聚及凝相产物特性的影响,通过铝颗粒团聚可视化拍摄结合凝相燃烧产物(CCPs)特性分析的方法,对CL-20高能推进剂中铝的团聚过程进行了拍摄,并收集了CCPs;统计了燃面处不同粒径团聚物的滞留时间,对CCPs进行了微观形貌观察、物相分析及粒度分布测量,分析了Al和AP粒径对CL-20推进剂团聚及CCPs特性的影响。结果表明,随着团聚物粒径的增大,燃面处团聚物的滞留时间逐渐增大;对于粒径分布在60～270μm之间的团聚物,其滞留时间在1～20ms; CCPs中主要存在Al_2O_3和Al两种物质,包括粒径约1μm的氧化铝烟尘颗粒和粒径大于100μm的团聚物颗粒;Al粒径的减小导致CCPs最大峰值粒度增大,1μm左右的粒子体积分数增大,团聚程度增大;AP粒径的减小导致CCPs最大峰值粒度减小,1μm左右的粒子体积分数减小,团聚程度减小。     

CL-20基交联改性双基推进剂的燃烧性能

设计了以CL-20、HMX、RDX及其混合物为氧化剂的XLDB推进剂,研究了其燃烧性能。结果表明,用CL-20替代XLDB推进剂中的HMX、RDX可大幅提高其燃速,压强指数略有提高。5～20MPa的压强指数为0.48。用CL-20替代50%(质量分数)HMX、RDX后,推进剂的燃速变化趋势不同。在低于12MPa时,CL-20/HMX-XLDB推进剂的燃速低于HMX-XLDB推进剂,且在5～20MPa范围内压强指数较高。     

含CL-20改性双基推进剂的燃烧性能

设计了两组不同含量CL-20或RDX改性双基(CMDB)推进剂配方,研究了CL-20或RDX含量对两组CMDB推进剂燃烧性能的影响。结果表明,在2～20MPa,CL-20改性双基推进剂的燃速高于RDX改性双基推进剂的。CL-20含量越高,CMDB推进剂压强指数变大。现有的铅、铜盐和炭黑催化剂可用于调节含CL-20改性双基推进剂的燃烧性能。     

CL-20基高能低特征信号推进剂性能初探

开展了CL－20含量对推进剂能量性能、安全性能、燃烧性能的影响研究,研究结果表明：随着CL－20含量增加,推进剂理论比冲、密度、爆热增加,推进剂药浆、药块机械感度（冲击感度和摩擦感度综合考虑）增加,推进剂的燃速增加,含CL－20的推进剂配方的静态压强指数均低于不含CL－20的推进剂配方的压强指数。CL－20含量相同时,以NG／TEGDN为增塑剂的推进剂压强指数与以NG／BTTN的相当。     

含CL-20 NEPE推进剂的力学性能

采用光电子能谱(XPS)和显微红外光谱(M IR)研究了4种键合剂(M APO,22#,HX-752,T 313)与CL-20的相互作用。结果表明,键合剂可以作为CL-20的包覆剂;由于海因和三聚异氰酸酯键合剂(22#)的环状结构以及具有较多的极性基团,对CL-20的包覆性最好。含CL-20的NEPE推进剂力学性能测试结果表明,22#键合剂对提高含CL-20的NEPE推进剂体系的力学性能非常有利,其拉伸强度和断裂延伸率均有较大的提高,分别增加了18.8%和103.4%。     

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。     

新型致密型多孔燃烧固体推进剂

阐述了过去致密型多孔燃烧高燃速、超高燃速固体推进剂（简称致密型多孔燃烧固体推进剂）的设想及随后发现的国内外与之类似的有关实验现象。分析了这种推进剂能提高燃速的机理。指出致密型多孔燃烧固体推进剂具有常规和多孔推进剂的几乎所有优点，是一种具有强生命力的新型推进剂。     

DINA对含CL-20的复合改性双基推进剂性能影响

针对含六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的复合改性双基(CMDB)推进剂压强指数和摩擦感度较高的问题,采用对硝化棉(NC)增塑能力较强的吉纳(二乙醇硝胺二硝酸酯,DINA)作为辅助增塑剂,研究DINA对含CL-20的CMDB推进剂力学性能、燃烧性能和安全性能等的影响。结果表明,相较于使用3,4–二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)配方,添加DINA的含CL-20的CMDB推进剂延伸率和抗拉强度分别提高了14.8%和1.6%,β转变温度下降1.27℃,在中高压区(10~20MPa)的压强指数下降至0.28,摩擦感度和撞击感度也得到不同程度下降。     

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.     

HMX/AP/Al/HTPB推进剂燃速模拟计算

考察了 HMX/AP/HTPB 推进剂及其组分的热分解特性,当混合氧化剂HMX 和 AP 之质量比为1:1时,其热分解曲线呈现出独特的单峰放热分解特征。考察了十种添加剂对 HMX、AP、HMX/AP 和 HMX/AP/HTPB 热分解性能影响以及对 HMX/AP/Al/HTPB 推进剂燃速的影响。提出了改进的 BDP 模型和燃速模拟计算。     

含CL-20的NEPE推进剂各组分热分解的相互影响

为深入了解含CL-20的NEPE推进剂的燃烧机理,借助热重-微商热重(TG-DTG)试验研究了含CL-20的NEPE推进剂的热分解特性,探索了主要组分NG、CL-20和AP之间的相互作用.结果表明,该推进剂的热分解过程分为3个阶段:增塑剂(NG)的挥发和分解,PEG和CL-20的分解,AP的分解.CL-20和AP的存在均促进了黏合剂体系中NG与PEG的分解,且CL-20的促进作用强于AP,CL-20的分解产物加速了AP的分解,Al粉在该体系中与其他组分的相互作用较弱.     

HMX/AP/Al/HTPB推进剂燃速模拟计算

考察了HMX/AP/HTPB推进剂及其组分的热分解特性,当混合氧化剂HMX和AP之质量比为1∶1时,其热分解曲线呈现出独特的单峰放热分解特征.考察了十种添加剂对HMX、AP、HMX/AP和HMX/AP/HTPB热分解性能影响以及对HMX/AP/A1/HTPB推进剂燃速的影响.提出了改进的BDP模型和燃速模拟计算.     

炭黑粒度对CMDB推进剂燃烧性能的影响

用燃速测试、扫描电子显微镜(SEM)和光电子能谱仪(EDS)研究了炭黑粒度对复合改性双基(CMDB)推进剂燃烧性能和熄火表面的影响.结果表明,将炭黑与铅、铜盐催化剂复配使用能够大幅度提高CMDB推进剂的燃速并降低压强指数,且炭黑粒度越小效果越显著,这可能与炭黑对铅、铜盐凝聚的阻滞作用有关.     

粒度级配对CL-20基炸药油墨流变性能的影响

为了研究粒度级配对CL-20基炸药油墨流变性能的影响,制备了粒径分别为400nm和4μm的CL-20样品,以及7种不同粒度级配的CL-20基炸药油墨;采用博勒飞(CPS)流变仪对炸药油墨进行了黏度测试,得到了相应的流变数据,并计算出非牛顿指数、屈服值和触变指数。结果表明,炸药颗粒的粒度级配对炸药油墨的流变性能有着十分明显的影响;随着粒径为4μm的CL-20含量的增多,炸药油墨表观黏度出现先减小后增大的现象;同时,非牛顿指数出现先增大后减小的现象,屈服值和触变指数总体上呈现先减小后增大的现象;当炸药油墨中粒径分别为400nm和4μm的CL-20质量比为1∶2时,炸药油墨的非牛顿指数为最大值0.41,屈服值和触变指数均达到最小值,分别为26.73和8.74,表明在该粒度级配条件下,炸药油墨具有更好的流变性能。     

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。     

CL-20在推进剂和发射药中的应用

对CL-20在国内外推进剂和发射药中的研究应用进行了综述。含cL一20的推进剂虽然感度稍高,但有着输出能量高、低特征信号及燃烧产物对环境污染小等优点。CL-20作为低敏感、高能填充剂可用于制造高能、低敏感发射药,在某些推进剂和发射药配方中得到了应用。     

过渡金属催化剂对低燃温双基推进剂性能的影响

为探索过渡金属催化剂粒度对低燃温双基推进剂燃烧性能、点火性能的影响,分别测试了含不同粒度(1μm、3μm、5μm)过渡金属催化剂及粒度级配的低燃温双基推进剂的燃速。以压强指数较小作为优选标准,对优选配方进行放大试验。采用螺旋压伸成型工艺制备了Φ50mm标准发动机药柱并进行发动机点火试验。结果表明,过渡金属催化剂可显著改善推进剂在低压下的燃烧性能,降低压强指数及临界燃烧压强,使推进剂在2MPa下能稳定燃烧。该装药在低温下(-40℃)点火正常、燃烧稳定。