AP-CMDB推进剂稳态燃烧性能计算研究

建立了一个ＡＰ－ＣＭＤＢ推进剂稳态燃烧模型。该模型可用于ＡＰ－ＣＭＤＢ推进剂和经典双基推进剂燃速特性的模拟计算，其计算结果与文献值相符合，说明该模型是合理、可行的。ＡＰ－ＣＭＤＢ推进剂计算结果表明，ＡＰ粒径减小，ＡＰ含量增加，推进剂燃速升高；而含能粘结剂－ＤＢ母体的含能程度越高，即ＮＧ含量增加，或ＮＧ的硝化度加大，都有利于提高推进剂的燃速。     

高能复合改性双基推进剂的燃速特性(Ⅲ)——推进剂初始温度的影响

为探讨改变含能量的双基推进剂和ＨＭＸ／ＣＭＤＢ推进剂的燃速与推进剂初始温度的关系，利用套罩式药条燃烧器研究了其燃烧波结构。影响各种推进剂燃速与推进剂初始温度关系的物理特性量，主要是燃烧表面温度与暗区温度。双基推进剂含能量越多，燃速的温度感度越小。增加推进剂含能量和推进剂的初始温度时，燃烧表面温度增加，沸腾区的反应加速，暗区温度上升，沸腾区的温度梯度扩大，流向燃烧表面的热流束增加，从而燃速增加。ＨＭＸ／ＣＭＤＢ推进剂含能量多时燃速对温度的感度变小。增加推进剂能量并降低推进剂初始温度时，燃烧表面温度下降，沸腾区的反应减慢，暗区温度下降，沸腾区温度梯度变小，流向燃烧表面的热流束减少，从而燃速降低。     

高能复合改性双基推进剂的燃速特性(Ⅰ)——基本推进剂的燃烧特性

为明确双基推进剂每单位质量所含能量影响燃速的物理特性量，研究了燃烧波结构。利用氮气加压的套罩式燃烧器燃烧推进剂药条试样，观察了火焰，测量了火焰的温度分布。明确了最终火焰温度对燃速没有直接影响。推进剂含能量即最终火焰温度增加时，暗区的温度增加，与此同时推进剂的燃速增加。这是因为含能量增加时沸腾区的ＮＯ２气体增加，反应加速，在推进剂燃烧表面的温度梯度即热流束增加，促使燃速增加。     

高能复合改性双基推进剂的燃速特性(Ⅱ)——添加 HMX 的影响

研究了在双基推进剂中添加高能物质ＨＭＸ的ＨＭＸ／ＣＭＤＢ（复合改性双基）推进剂每单位质量所含能量对燃速的影响。用套罩式药条燃烧器研究了燃烧波结构。在双基推进剂中添加ＨＭＸ时，最终火焰温度增加，燃速下降。明确了最终火焰温度对燃速没有直接的影响。与此同时暗区温度下降，这是因为增加ＨＭＸ质量比时，燃烧表面的反应热减少，沸腾区内的反应变慢。暗区温度越高燃速越高，表示沸腾区内的反应加速，流向推进剂燃烧表面的热流束增加，从而燃速增加。     

平台燃烧推进剂的老化对其燃烧性能和力学性能的影响

介绍了国外对固体推进剂的加速老化试验。研究了６０℃下推进剂的老化对高燃速复合推进剂燃烧特征和力学性能的影响。探讨了加速老化试验时铅化合物燃速催化剂对双基推进剂燃烧性能的影响。研究结果表明，推进剂样品贮存二周后，燃速降低了近７％，发生平台燃烧的压力范围有所提高，其力学性能没有明显的变化。     

高燃速压强指数贫氧推进剂的研制

为了适应在不同巡航条件下（不同飞行高度和速度）富燃燃气流量可以调节的要求,用于非壅塞固体火箭冲压发动机贫氧推进剂的燃速压强指数必须大于０．５。文中论及了适应上述需求的推进剂应具有的燃速特性和力学性能,研究了ＡＰ粒度和燃速催化剂对推进剂燃速的影响,介绍了用于贫氧推进剂燃烧性能测试的设备及测试方法。研究表明,贫氧推进剂的燃烧机理与常规的ＡＰ推进剂燃烧机理之间存在显著的差异。文中提出了贫氧推进剂的稳态燃烧模型以及燃速温度敏感系数的计算模型,并对上述模型进行了计算研究。     

含CL-20的改性双基推进剂燃速数值模拟

借助六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）的热分解特性,确定了CL-20的化学结构参数;通过分析含CL-20的改性双基（CL-20-CMDB）推进剂的燃烧特性,改进了一维气相反应流燃速模型,进而模拟了CL一20-CMDB推进剂的燃速。数值模拟结果显示,理论计算结果与实测值吻合的很好;随CL-20含量增加,可提高非催化CL-20一CMDB推进剂的燃速,但效果并不显著。     

HMX推进剂的燃速温度敏感性

研究HMX(环四次甲基四硝胺)-CMDB(复合改性双基)推进剂的燃速温度敏感性是为了阐明HMX粒子混入双基推进剂网络后的作用。虽然推进剂单位质量所含能量随HMX的重量分数的增加而增加,但在<～0.5时,燃速随的增加而下降;然而当>～0.5时,燃速则随的增加而增加。换言之,在压力不变的情况下,当0.时,燃速达到最小值,而温度敏感性则随的增加单调下降。测试结果显示出,随着的增加,沸腾区(fizz zone)的反应速度单调下降,燃烧表面的反应热单调上升。这种HMX—CMDB推进剂的燃烧模型说明了所观察到的燃速和燃速温度敏感性的特征。     

含无毒燃速催化剂的高性能浇注双基推进剂

综述了用无铅弹道改良剂的研究进展。介绍了国外用碳纤维改善推进剂燃烧性能的研究，探讨了碳纤维燃速催化剂对双基推进剂燃速特征的影响。研究表明，碳纤维是推进剂有效的弹道改良剂，含碳纤维的浇注双基推进剂是一种低毒性、钝感、少烟的低特征信号推进剂。     

AMMO推进剂的燃烧

研究决定和控制一种高能叠氮聚合物燃速的物理化学参数,这种聚合物为叠氮甲基甲基氧杂环丁烷(AMMO),含有一个高能叠氮基团。热分解和燃烧特性的实验结果表明,AMMO的热分解过程分二个阶段,第一阶段为叠氮基裂开放出氮气,放热反应;第二阶段为第一阶段分解的残渣进行不放热的分解反应。AMMO的燃速约为聚叠氮缩水甘油醚(GAP)推进剂的50％,与双基推进剂相同;燃速的压力敏感度也与双基推进剂相同。燃烧波温度分布测定结果表明,从气相进入燃面的热反馈量随压力增大而增加,燃面温度及燃面附近的放热量随压力增大而减小。     

一种含能硝基化合物对低燃速低燃温双基推进剂性能影响

为进一步降低低燃速低燃温双基推进剂的燃速、燃温,对一种含能硝基化合物的降温、降速效果进行了实验研究,设计了系列含无机铅盐、有机铜盐及过渡元素金属催化剂的双基配方。通过燃速测试及高压差示扫描量热法(PDSC)研究上述推进剂的燃烧性能和热分解特性。含该硝基化合物的推进剂DSC曲线呈三峰放热,放热峰峰温分别在200℃、280℃、350℃左右,第三峰不明显。结果表明:该含能硝基化合物能有效降低推进剂的燃速、燃温,但使推进剂的压强指数增大,而加入催化剂能改善推进剂的燃烧性能,使压强指数降低,分解放热量也降低。     

ZrO2和ZrB2在螺压双基推进剂中的应用

研究了ZrO2和ZrB2对螺压NC/NG/炭黑和铜盐/铅盐/其它助剂(57.0/33.0/0.7/2.0/7.3)混合物制成的双基推进剂燃烧性能的影响,用稳态燃烧火焰照片和燃烧区温度波分布揭示了它们的作用机理。结果表明,分别采用ZrO2和ZrB2代替部分铅铜催化剂后,推进剂7 MPa下的燃速最大可增加73%和41%,其低压燃烧平台移向7 MPa以上,并拓宽至13 MPa。并且随着ZrO2和ZrB2粒度的减小,催化推进剂的燃烧速度增大,表明ZrO2和ZrB2对螺压双基推进剂的燃烧有良好的催化效果。     

药型尺寸对变燃速发射药燃烧渐增性的影响

采用经典密闭爆发器的方法,研究变燃速发射药的药型尺寸与燃烧渐增性的关系。分析了不同配方、药型尺寸变燃速发射药的燃烧实验p-t曲线、L-B曲线特征,得出了配方、药型尺寸对变燃速发射药的燃烧性能影响规律。研究结果表明:在变燃速发射药内外层配方和层厚度确定时,长径比对燃烧渐增性的影响较为明显,发射药药粒长径比越大,燃烧渐增性越好;对双层结构的变燃速发射药,在一定长径比范围内(1.5/1~2.0/1)适当增加阻燃层中高分子含量有利于改善燃烧渐增性。     

高能无烟改性双基推进剂中高压燃烧性能

研究了含铅盐、铜盐、炭黑等催化剂的高能无烟改性双基推进剂在中高压下(10～43MPa)的燃烧性能。结果表明,在高压下推进剂的燃速随压强的升高而大幅升高;在25MPa高能无烟改性双基推进剂燃速曲线出现拐点,燃速随压强升高而大幅提高;10～25MPa范围内燃速催化剂对推进剂的燃烧性能有明显影响,NI-Pb/NI-Cu/CB将推进剂燃速提高75.16%(10MPa),而在25～43MPa范围内燃速催化剂对推进剂燃烧性能的影响明显减弱。     

硝基胍发射药燃烧性能的模拟

分析了硝基胍热分解和燃烧的特征，提出了ＮＱ燃烧初期热分解的假设，并推导了ＮＱ发射药的燃速和燃烧速压指数公式。     

负压环境下铝镁贫氧推进剂激光点火及燃烧特性

为研究不同负压对铝镁贫氧推进剂的点火及燃烧特性的影响,在负压环境下(0.01,0.02,0.04,0.06,0.08,0.1 MPa)和不同热流下(1.26,1.86,2.23,2.79 W·mm~(-2))采用CO_2激光点火系统对铝镁贫氧推进剂进行点火实验,使用高速摄影仪记录点火燃烧过程,使用两个光电二极管同时监测激光和火焰信号得到其点火延迟时间,研究了负压对推进剂点火延迟时间、燃烧过程和燃速的影响。结果表明,压强影响推进剂热解气体的扩散,压强为0.08 MPa时,初焰为圆柱状,随着压强降低至0.02 MPa,初焰为圆球状;随着压强的降低,推进剂点火延迟时间增加,但随着热流密度的增大,压强对点火延迟时间的影响显著降低;压强对推进剂燃速影响较大,随着压强的降低,推进剂燃速降低,当压强从0.1 MPa降至0.01 MPa时,燃速降低47%;同时,在负压环境下,Vielle燃速公式更适用于表征铝镁贫氧推进剂的燃速特性。     

环境氧含量和压力对铝镁贫氧推进剂燃烧性能的影响

为研究不同海拔处大气氧含量(氧体积分数)变化对铝镁贫氧推进剂燃烧特性的影响,采用激光辐射点火,使用高速摄影仪记录推进剂的点火与燃烧过程,并利用红外测温仪测量推进剂的表面温度及火焰温度,研究了环境氧含量与压力对推进剂的点火过程、火焰温度和燃速的影响。结果表明,环境气体氧含量高于推进剂热解产物中氧含量时,点火气相化学反应主要发生在推进剂热解产物与环境气体的扩散区,初现焰远离推进剂表面,但随着压力增加,扩散区与推进剂表面之间距离减小;火焰温度与环境氧含量和压力线性正相关;压力与环境氧含量增加时,铝镁贫氧推进剂燃速增加,压力和环境氧含量对铝镁贫氧推进剂燃速的影响符合B数理论,压力是影响推进剂燃速的主要因素,但随着压力增加,压力对燃速的影响相对减小,压力从0.1 MPa增加到1.5 MPa时,压力和环境氧含量的燃速敏感系数比从200下降到40。     

铝粉粒度对含铝推进剂燃烧特性的影响

研究了铝粉粒度对焦点铝推进剂铝粉凝聚行为和燃烧速度的影响，实验和理论分析表明：增在铝粉粒度有利于减小铝粉凝聚程度，而小粒度的铝粉可以改善其点火与燃烧特性。另外，由于铝粉粒度对推进剂燃面的热效应影响，在低燃速推进剂中随铝粉粒度增大燃速降低；在高燃速推进剂中随铝粉粒度增大燃速升高；所以，合理使用铝粉粒度对研制固体推进剂主是至关重要的     

基于3D打印技术的发射药燃烧增面设计

为了研究提高发射药燃烧增面技术,根据3D打印技术可制造特殊形状物体的原理和发射药平行层燃烧定律,设计了具有多列环形空槽管形结构的高燃烧增面的整体发射药。分析了整体发射药燃面和燃气生成量及燃气生成速率随燃烧进行的变化规律。建立了整体发射药相对燃面和相对燃气生成量随燃烧进行的变化规律计算方法。对比分析了整体发射药与19孔粒状发射药的相对燃面和相对燃气生成量随相对燃烧层厚度变化的规律。结果表明,设计的整体发射药具有较高的燃烧增面,可用于155 mm火炮的整体发射药,燃烧结束时相对燃面比19孔粒状发射药的相对燃面大3.1倍。整体发射药在燃烧过程中,燃气生成速率呈现前低后高的状态,75.612%的燃气生成量在整体发射药燃烧的后半程产生,比19孔粒状发射药高27.575%。     

用均匀设计和回归分析法研究燃烧催化剤的作用规律

为了考察了3种催化剂（铅盐、铜盐和炭黑）对固体推进剂燃速的影响，运用均匀设计方法和多元回归数学模型分析研究燃烧催化剂的作用规律。结果表明：在所选的范围内，铅盐和炭黑对推进剂燃速影响较大，铜盐起辅助作用，同时三者存在相互交互作用，并随着压力的变化而呈现不同的表现形式。通过均匀设计试验结果，获得了使固体推进剂燃烧性能较佳的催化剂铅盐、铜盐和炭黑组合。