CDB推进剂的力学性能与弹道性能研究

一、绪言双基推进剂与复合推进剂相比,它具有平台燃烧特征和燃烧排出的气体无烟的优点;而与此相反,比冲小、低温下的力学性能差,这又是它的不足之处。后来,为了改善比冲添加了硝胺类,便开发出复合改性双基(CMDB)推进剂,但是低温下力学性能依然很差。于是又为了改善力学性能,便在DB或CMDB推进剂中添加粘合剂,在此基础上研究成功了CDB推进剂。     

有关复合双基(CDB)推进剂物性的研究

本文研究以改善双基推进剂低温物性欠佳为目的商研制的CDB推进剂。CDB推进剂是一种在双基推进剂中添加高分子粘合剂的新型推进剂,其特点是低温下延伸率明显增大。CDB推进剂的物性不仅跟粘合剂的种类和添加量有关,还会因硝化甘油、硝化棉、增塑剂、氧化     

有关复合双基(CDB)推进剂物性的研究

本文研究以改善双基推进剂低温物性欠佳为目的商研制的CDB推进剂。CDB推进剂是一种在双基推进剂中添加高分子粘合剂的新型推进剂,其特点是低温下延伸率明显增大。CDB推进剂的物性不仅跟粘合剂的种类和添加量有关,还会因硝化甘油、硝化棉、增塑剂、氧化剂的混合比例不同而明显变化。硝化甘油添加量增加,不但能提高比推力,还能改进低温(-40℃)下的延伸率特性,但是,这样会使高温(60℃)的断裂强度下降。双基推进剂的“复合化”(CDB化)能改善物性,而对燃速特性几乎没有影响。     

NEPE推进剂低温力学性能研究

为分析硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂低温力学性能,通过低温和低温恢复常温单轴拉伸试验,考察了低温条件下NEPE推进剂力学性能的变化情况。采用原位拉伸扫描电镜和环境扫描电镜分别观察了推进剂拉伸过程中和拉断后的微观表面形貌,对比分析了推进剂的动态力学性能。结果表明:在低温拉伸条件下,NEPE推进剂主要表现为基体撕裂;而在低温恢复常温拉伸条件下,主要以颗粒与基体的"脱湿"破坏为主。在低温和低温恢复常温条件下的推进剂力学性能变化不大,结合定应变实验结果,表明NEPE推进剂低温下具有较强的抵抗损伤能力。     

粒铸EMCDB推进剂的力学性能研究

在国内首次用粒铸工艺制备出了力学性能好、具有燃烧平台的浇铸改性双基弹性体(EMCDB)推进剂.研究了燃烧催化剂、交联密度和耐寒增塑剂对粒铸EMCDB推进剂力学性能的影响,阐述了粒铸EMCDB推进剂的力学性能特点,分析了具有这些特点的原因,说明粒铸工艺在调节推进剂的性能方面有很大的优势.     

NEPE推进剂的细观力学性能研究

采用原位拉伸扫描电镜技术对NEPE推进剂的单轴拉伸破坏过程进行了研究.结果表明,固体粒子与黏合剂基体的脱湿是破坏的主要因素.采用数字图像分析方法对此破坏过程进行定量化研究,对图像的分形维数进行了计算,发现随着拉伸破坏过程的进行,分形维数逐渐增大.采用此方法计算的细观结构分形维数可以作为研究NEPE推进剂细观损伤演化的定量指标.     

DNTF-CMDB推进剂的力学性能

采用单轴抗拉实验研究了添加3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)的改性双基推进剂的力学性能,获得了不同温度下(-40℃、20℃和50℃)DF系列推进剂的抗拉强度和断裂延伸率;用动态热机械方法获得的低温黏弹系数Cg1和Cg2,计算了DF系列推进剂的低温脆化参数。结果表明,DNTF对NC有一定的增塑作用,并能降低低温脆化参数、提高韧性。高低温和常温下断裂延伸率与组合量G(m(NG)∶m(NC)和m(DNTF)∶m(NC)的组合量)之间存在相关性,当DNTF的质量分数为20%时3个温度段的断裂延伸率和低温抗拉强度都达到最大值,而低温脆化参数有最低值。常温和高温的抗拉强度主要取决于NC与NG的质量比。DF系列推进剂的低温脆化参数与低温抗拉强度有关。     

Bu-NENA基改性双基推进剂的力学性能及安全性能

为提高高固含量改性双基推进剂的低温力学性能和安全性能,以N-丁基硝氧乙基硝胺(Bu-NENA)代替硝化甘油(NG),采用无溶剂工艺制备了改性双基推进剂;采用万能试验拉伸机、动态热机械分析仪和感度测试仪等对推进剂的力学性能和机械感度进行了表征。结果表明,与NG相比,Bu-NENA可明显提高推进剂的低温力学性能,降低推进剂的机械感度。当Bu-NENA质量分数为19.1%时,推进剂(代号B3)的力学性能较好,与空白对照推进剂(NG基改性双基推进剂,代号B0)相比,B3推进剂在-40℃延伸率由3.54%提高到7.57%,提高了114%,高温拉伸强度相当;摩擦感度由46%降低至2%,降低了95.7%;特性落高H₅₀由17.2cm提高到33.6cm,提高了95.3%;动态力学性能研究表明,Bu-NENA对硝化纤维素(NC)塑化效果较好,B3推进剂的β转变温度由B0的-33.8℃降低至-37.8℃,韧性有所增强。表明该推进剂不仅机械感度明显降低,且低温力学性能明显改善,在短射程战术武器中具有一定的应用前景。     

HTPB推进剂的低温力学性能

通过低温和低温恢复常温单轴拉伸试验,考察了低温条件下HTPB推进剂力学性能的变化情况,用SEM扫描电镜观察了推进剂拉伸断面形貌,分析了所得HTPB推进剂的拉伸应力-应变曲线和力学性能特性。结果表明,在低温拉伸条件下,HTPB推进剂主要表现为基体撕裂和颗粒脆断,而在低温恢复常温拉伸条件下,主要以"脱湿"破坏为主。推进剂的低温拉伸曲线具有明显的屈服现象发生,说明推进剂的屈服现象与低温有关。推进剂在低温和低温恢复常温条件下的最大抗拉强度、弹性模量和延伸率等力学性能呈现出不同的变化规律。     

GAP推进剂粘合剂固化体系力学性能的研究

在保证推进剂加工工艺性能和能量性能的前提下,通过化学共聚的方法,选用主链柔顺性较好、且在推进剂中可单独用作含能粘合剂的3,3-双(叠氮甲基)氧丁环/四氢呋喃的共聚物(BAMO/THF)来改善聚叠氮缩水甘油醚(GAP)交联网络结构,在此基础上再加入合适的扩链剂和交联剂,所得弹性体的力学性能有大幅度的提高。当固化参数R=1.3,m(GAP)∶m(BAMO/THF)=75∶25,以1,4-丁二醇(BDO)为扩链剂,异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)/多异氰酸酯(N100)为固化剂,胶片的拉伸强度可达到1.03MPa,断裂伸长率达到505.3%。     

组分对高能HTPB推进剂燃烧性能和力学性能的影响

通过调整氧化剂AP粒径与含量、键合剂及R值,研究了固体质量分数为90%的HTPB推进剂的燃烧性能和力学性能.结果表明,在HTPB推进剂能量性能得到提高的同时,推进剂的燃烧性能和力学性能也得到了较好的保证.高固体含量下HTPB推进剂的燃烧和力学性能随配方调节呈现出较为明显的规律.推进剂的燃烧性能稳定,燃速和压力指数可调,压力指数控制在0.30～0.40;分别测定了高温(60 ℃)、常温(20 ℃)和低温(-40 ℃)力学性能,高温、低温和常温下的拉伸强度一般均大于1.0 MPa,低温延伸率最高可达74.7%.     

组分对高能HTPB推进剂燃烧性能和力学性能的影响

通过调整氧化剂AP粒径与含量、键合剂及R值，研究了固体质量分数为90％的HTPB推进剂的燃烧性能和力学性能。结果表明，在HTPB推进剂能量性能得到提高的同时，推进剂的燃烧性能和力学性能也得到了较好的保证。高固体含量下HTPB推进剂的燃烧和力学性能随配方调节呈现出较为明显的规律。推进剂的燃烧性能稳定，燃速和压力指数可调，压力指数控制在0．30～0．40；分别测定了高温（60℃）、常温（20℃）和低温（-40℃）力学性能，高温、低温和常温下的拉伸强度一般均大于1．0MPa，低温延伸率最高可达74．7％。     

内弹道稳定剂对中高燃速RDX-CMDB推进剂燃烧性能的影响

以一种中高燃速改性双基推进剂配方为基础配方,添加不同粒度的Al_2O_3及不同品种的内弹道稳定剂,研究了6~20MPa下推进剂燃速和燃速压强指数的变化规律,并对其燃烧机理进行了分析。结果表明,添加Al_2O_3后推进剂的燃速降低,且随着压强的升高,燃速降低的幅度减小;不同品种的内弹道稳定剂对燃速及燃速压强指数降低和提高的幅度不同,TiO2提高了推进剂高压段的燃速,MgO几乎不影响推进剂燃速,而Al_2O_3、ZrO_2均降低了推进剂的燃速。添加不同粒度的Al_2O_3后,均使燃烧表面的催化剂含量(浓度)降低,改变了催化剂的催化效率,从而导致添加芳香铅A催化剂的推进剂中Al_2O_3粒径分别为10μm和2.5μm时,燃速相应降低0.25mm/s和1.25mm/s。不同品种的内弹道稳定剂对燃烧表面催化剂含量、分散均匀性、催化活性的影响不同,TiO_2、MgO的活性高于Al_2O_3和ZrO_2,从而表现出添加TiO_2、MgO的推进剂燃速高于添加Al_2O_3、ZrO_2的推进剂。     

压伸复合推进剂的力学性能

为改善压伸复合推进剂的力学性能,采取提高黏合剂的相对分子质量、添加不同品种和含量的键合剂、添加不同物态的工艺附加物及高分子增强剂等方法,经改进后,这种高固体含量的压伸复合推进剂在20℃和-55℃条件下的抗压强度和抗冲击强度得到了不同程度的改善.添加高分子增强剂后,推进剂在-55℃条件下的抗冲击强度提高74.3%.     

HTPB推进剂自然贮存与高温加速老化力学性能研究

研究了自然贮存和70、60、50℃加速老化下HTPB推进剂的力学性能变化规律。结果表明,2种条件下HTPB推进剂老化规律相同,表现为强度升高、伸长率降低。以最大伸长率为表征参量,结合自然贮存试验结果,得到HTPB推进剂老化性能与温度、时间的关系。     

固体推进剂低温力学性能的研究进展

从微观机理、研究技术手段、本构模型、失效准则和配方等方面介绍了国内外在固体推进剂低温力学性能的研究现状,展望了未来研究的重点和方向,认为利用低温高应变率试验、分子动力学模拟和数值模拟方法可对低温复杂条件下固体推进剂力学性能进行全面深入研究。     

少烟NEPE推进剂的动态力学性能

用动态力学分析方法研究了少烟NEPE推进剂及其黏合剂胶片的黏弹特性。结果表明,PET/N100胶片、PET/N100/NG-TEGDN胶片和推进剂样品在玻璃态的储能模量E′依次增大,PET/N100胶片的损耗模量E″最大,推进剂的E″最小;胶片和推进剂在玻璃化转变区的E′依次显著降低,E″和tanδ(β转变)依次达到最大值后逐渐降低,其中PET/N100胶片、PET/N100/NG-TEGDN胶片和推进剂的Tg分别为-82、-73和-65℃;在橡胶态,PET/N100胶片的E′和E″在-24℃附近出现峰值,PET/N100/NG-TEGDN胶片和推进剂的E′和E″随温度降低显著降低,且PET/N100胶片在-3℃出现明显的α松弛损耗峰,PET/N100/NG-TEGDN胶片和推进剂tanδ的α松弛峰温下降到-24℃。     

从固体火箭发动机药柱设计和内弹道性能看对推进剂性能的要求

引言作为运载火箭的动力装置—固体火箭发动机,要在预定的工作时间内连续发生推力,把有效载荷(弹头、飞行舱等)加速到一定的最大速度,或运送到一定的距离。推力的产生依靠高速喷射气流的反作用。这就需要能源,还要有实现能量转换、形成喷射质量流的工质。     

NEPE推进剂燃烧性能研究

NEPE高能固体推进剂因其优良的综合性能具有十分良好的应用前景。通过调整氧化剂含量、种类及含能增塑剂用量,对NEPE推进剂的燃烧速度和燃速压力指数进行了调节,燃速在9．3～11．6mm／s(7.0MPa)范围内可调，燃速压力指数由0．61降为0.54。     

叠氮微烟推进剂宽温域力学性能研究

为了提高GAP微烟推进剂的力学性能,通过在GAP微烟推进剂中引入适量的PBT黏合剂进行复配,研究了增塑剂种类、增塑剂与黏合剂质量比(增塑比)、扩链剂种类及其官能度、扩链剂含量、固化剂种类以及固化参数对推进剂宽温域(-55℃～+70℃)力学性能的影响。结果表明,添加Bu-NENA增塑剂,可极大地改善推进剂的低温力学性能以及降低推进剂的玻璃化转变温度T_g,并在此基础上通过调节增塑剂与黏合剂增塑比为2.0,叠氮黏合剂/三官能度PET质量比为5∶1;采用TDI为固化剂以及固化参数R_t为1.2时,可使推进剂的T_g不大于-60℃以及在-55℃～+70℃范围内具有良好的力学性能,即在+70℃时抗拉强度大于0.50MPa,-55℃～+70℃时最大伸长率大于45%。