复合固体推进剂燃面上复盖分数的确定

本文基于PU/AP和HTPB/AP复合固体推进剂在不同压力下中止燃烧的燃面采用X射线光电子能谱的测试结果,对燃面上氧化剂AP颗粒表面受熔化粘合剂复盖的面积分数进行了半定量计算。结果表明,在燃烧压力大于1.96MPa时,两种推进剂燃面上的粘合剂复盖分数,随压力上升而增加。这一结果将有助于复合固体推进剂稳态燃烧模型的深化和改进。     

含碳酸钙的负压强指数复合固体推进剂燃烧机理

本文采用激光阴影高速摄影、扫描电子显微镜、X光电子能谱,对含和不含CaCO_(3)的三种夹心件及SO4-5A PU复合推进剂的燃烧过程、燃面形貌、化学成分和覆盖分数分别进行了研究和测定。结果表明:CaCO_(3)在低压下(〈1.96MPa)提高AP的燃速,在高压下(〉1.96MPa)起降速作用;CaCO_(3)与AP反应生成CaCl_2,并促使AP熔化;燃面上CaCl_2含量随压强上升而增加;PU熔化流动对AP表面的覆盖在mesa区内随压强而升高,在非mesa区的低压区也存在。基于以上实验结果,对含CaCO_(3)的PU负压强指数推进剂的燃烧机理进行了讨论。     

负压力指数复合固体推进剂稳态燃烧的理论模型

本文从理论上研究了复合固体推进剂稳态燃烧的“麦撒”效应。文中提出的四火焰模型考虑了粘合剂熔化层的流动和对氧化剂表面的复盖、氧化剂粒度和添加剂的作用,而且便于统计处理。各个燃烧区的数学处理中广泛采用分布反应模型和数值计算法。理论模型能统一说明“麦撒”、“平台”和正常燃烧行为,预示复盖、添加剂、氧化剂级配和粒度分布,以及初温对燃烧特性的影响。预示同实验结果具有一致的趋势。     

复合固体推进剂中氧化剂和粘合剂的分解/爆燃综述

复合固体推进剂燃烧时,粘合剂和氧化剂的分解起着非常重要的作用。复合推进剂配方中,过氯酸铵(AP)是目前实际使用的氧化剂。根据应用于推进剂的情况,收集综述了粘合剂和 AP 分解的有关资料。本综述可以用来了解推进剂的燃烧机理。     

复合固体推进剂燃烧的多焰模型

本文提出了高氯酸铵(AP)复合推进剂的一种燃烧模型。此模型是根据各个氧化剂晶粒周围的火焰结构建立的;对氧化剂晶粒和粘合剂骨架之间的关系进行了统计估计。考虑了三个不同火焰区:1.粘合剂和氧化剂分解产物之间的初焰;2.预混氧化剂焰;3. 以上两种产物的末扩散焰。对于气相反应,可假定为简单的球形运动,而且假设推进剂组分的表面分解可用简单的阿仑尼乌斯(Arrhenius)方程表示。燃烧过程中氧化剂的分解则被取作总的控制因素。所得结果表明,计算出的表面温度和从模型预测的氧化剂含量影响与实验的趋向一致。预测的颗粒大小影响比实验值稍高,而温度敏感度与实验数据完全符合。计算结果表明,在推进剂表面发生比较强烈的放热反应。显然,高氯酸铵在表面薄层熔化时部分地放热分解,这在以往的AP爆燃研究中曾报道过。     

复合推进剂拉伸应变条件下燃速变化计算分析

建立了复合推进剂在拉伸应变条件下燃速变化计算模型,并针对所建立方程进行了实验验证。结果表明,所建立模型在拉伸形变为0%~20%情况下与实验结果相符,燃速比与拉伸形变之间服从二次函数关系,燃速随应变增加而增大;复合推进剂的泊松比越小,则燃速比随拉伸应变增长越快;复合推进剂中粘合剂组分越少,应变状态下燃速比变化越显著。复合推进剂在拉伸状态下,粘合剂会出现疏松和裂纹,同时粘合剂和固体颗粒AP之间出现空隙,AP裸露面积增加,进而推进剂燃烧速度更快,燃速比更大。     

含负压力指数固体推进剂的压力响应函数

根据呈正、负压力指数燃速特性的固体推进剂的稳态燃烧模型,导出了一个新的压力响应函数公式,它可用来说明燃速压力指数为零、正、负各类推进剂的压力耦合现象。燃烧中的推进剂被划分为两部份:一部份是由熔化了的粘合剂所覆盖的氧化剂表面与其相对应的粘合剂表面所组成,而另一部份则由未被覆盖的氧化剂表面同剩下的粘合剂表面组成。与以往的各类模型不同,在上述的前一部份燃烧表面的燃烧中,考虑了氧化剂在熔化粘合剂覆盖的条件下存在着反向气化和凝相反应,故使所得的压力响应函数的实部在推进剂稳态燃速的压力指数为零或负值时也可为正值。利用所获得的压力响应函数的表达式对试验用推进剂(S04-5A)作了定量计算,计算结果满意地说明了,负压力指数推进剂在氧化剂被熔化粘合剂大面积复盖时也存在不稳定燃烧的现象。这不仅克服了以往所有压力响应函数表达式均难以用于负压力指数推进剂的缺陷,而且也从一个侧面反映了呈正、负压力指数燃速特性的固体推进剂稳态燃烧模型的正确性。     

AP复合固体推进剂燃烧模型

本文提出了一个复合固体推进剂的综合燃烧模型和相应的数学处理方法。该模型对凝聚相反应作了更细微的分析,特别重视和强调了各种热量传递对燃烧所起的作用,并以推进剂中处于连续相的粘合剂线性分解速度表示推进剂的线性燃速。根据此模型编制程序并进行了大量计算。计算结果与实验符合得很好。对AP/HTPB多级配推进剂的计算结果中,相对误差小于10％的占80％,对Ae/AP/HTPB推进剂则占90％以上。     

添加剂HMX对AP/HTPB复合推进剂燃速行为的影响

本文研究了添加剂HMX对AP丁羟推进剂燃速的影响。试验研究发现:在AP/HTPB复合推进剂中加入HMX时,其燃速降低;随着推进剂中HMX含量的增加,其燃速压力指数呈现出先下降后上升的“情形”;当HMX的粒度变细时,推进剂的压力指数显著降低。我们基于BDP模型的气相火焰结构设想,并强调燃烧表面上HMX熔层在燃烧过程中的作用,提出了一个多重竞争火焰—凝聚相结构和反应模型。它能解释AP—HMX双元系统丁羟推进剂的燃速行为和现象,并能对这种推进剂的燃速和压力指数调节的各种途径进行预示。此外,还提出了BDP和GDF模型一致性的设想和一些等价概念。     

基于BDP多火焰模型的简化复合固体推进剂燃烧数值分析

复合固体推进剂是一种典型的具有细观异质结构的含能材料,其细观结构形态非常复杂,研究其燃烧火焰结构,首先需针对复合推进剂特点,建立简化的细观几何模型与合适的燃烧模型。文中引入异质"推进剂胞元"的思想,对复合推进剂细观结构进行简化,并应用基于BDP理论燃烧模型的多步化学反应动力学机制,建立AP/HTPB三明治推进剂2-D细观燃烧数值模型。计算分析考察了不同环境压强与推进剂计量数(HTPB宽度)对火焰结构、燃面几何型面及燃烧速率的影响。计算结果与相关文献研究结果相符,证明了该模型的有效性。三明治推进剂模型燃烧数值模拟可捕捉到推进剂燃烧火焰细观结构,并提供相关燃烧场详细信息,其结果可用于检验或改进各种理论燃烧模型,并为从细观层面预示异质推进剂宏观燃烧性能提供一种科学可行的数值模型与研究方法。     

基于BDP模型的AP/HTPB推进剂燃速参数敏感性分析

稳态和非稳态燃烧模型对于研究AP/HTPB复合推进剂中低频下的压强耦合特性问题是十分重要的,可信的稳态计算结果是非稳态计算的前提。在应用稳态燃烧模型对推进剂的燃速进行计算时,参数值的选取对计算结果具有很大的影响。针对AP/HTPB复合推进剂燃烧特性,在BDP多火焰结构理论的基础上,采用了AP/HTPB复合推进剂稳态燃烧模型,并对模型进行了数值计算,研究了AP和HTPB的指前因子和活化能及δ参数对推进剂燃速的影响。计算结果表明,AP活化能Es,ap的取值对推进剂燃速结果影响较大,在高压下更为敏感;HTPB的指前因子As,b对燃速几乎没有影响,其活化能Es,b对燃速影响较小,高压条件下,影响作用略微增强;参数δ值的选取对计算燃速值影响很大。     

催化硝胺推进剂的热化学分析

研究了催化刑对HMX复合推进剂的作用部位和模式。加入硬脂酸铅(PbSt)后,推进剂燃速急剧增加。此种燃速增快现象类似于催化双基推进剂,即所谓的“超速燃烧”现象。仅当粘合剂本身氧含量较高时,HMX的超速燃烧现象才会发生。但HMX本身的燃速并不随PbSt的加入而增加。PbSt影响粘合剂的热分解过程,并在燃烧表面上产生含碳物质,喷射至气相的气体产物也由于催化剂的加入而发生变化。这时气体物质量的比接近于化学计量比,因而反应速率很可能增加。反应速率的增加又使反馈至燃面的热流量增大,并使推进剂燃速增加。     

热塑性聚氨酯复合固体推进剂

采用与硝化甘油(NG)具有良好相溶性的热塑性聚氨酯弹性体(TPUE)为粘合剂制备了热塑性复合固体推进剂。对热塑性复合固体推进剂的能量性能、力学性能、燃烧性能进行了研究分析。结果表明制备的热塑性复合固体推进剂具有高的理论比冲,可高于265s,具有优良燃烧性能及良好力学性能。     

硝胺/丁羟复合推进剂的固化机理的研究(第二部分)

这篇报告是为了改进硝胺系复合推进剂的工艺性能和力学性能而进行的几个实验之一,得到了如下结果。(1)将三乙醇胺(TEA)加到硝胺系复合推进剂中,其工艺性能下降而力学性能却明显得到改进。(2)端马来酐化聚丁二烯(MPB)可以明显改进硝胺系复合推进剂和过氯酸铵系复合推进剂的工艺性能。(3)通过向硝胺系复合推进剂添加MPB和TEA,可以使工艺性能和力学性能均得到改进。(4)通过向粘合剂组分中添加TEA来改进粘合剂力学性能。(5)将TEA添加到粘合剂组分中,可明显改进RDX系复合推进剂的力学性能,但对AP系、GB(玻璃珠)系则几乎没有改进。     

固体推进剂发动机的侵蚀燃烧研究

对高氯酸铵和惰性粘合剂推进剂的侵蚀燃烧进行了实验和模型方面的研究.早先的全耦合模型曾被用于各种尺寸的发动机,并显示出明显的效果.由此导出了由于强喷吹产生的界面剪切应力关系,此式成为一种简化模型的基础,只需知道燃烧表面的平均质量流率,就可以进行局部壁面区的一维分析,并表明推进剂的名义燃速是影响侵蚀燃烧的主要参数,名义燃速对锓蚀燃烧门限值有直接影响。尺寸效应对门限值的影响包含在适当的无因次参数中.     

一种新型燃速催化剂的作用效果研究

合成了一种新型二茂铁化合物—1,1—双(三甲基硅氧乙基)二茂铁,并研究了这种化合物对AP/HTPB复合推进剂燃烧性能、力学性能以及工艺性能的影响。实验结果表明,这种化合物具有改善推进剂燃烧性能和力学性能的双重作用。     

含Cs盐的HTPB/AP/Al复合推进剂特性研究

采用高倍率的扫描电镜观察了Cs盐的微观形貌,利用最小自由能法计算了不同含量Cs盐的复合推进剂能量性能并进行了测试,对Cs盐、含Cs盐复合推进剂的安全性能(撞击感度和摩擦感度)进行了评价,并对不同含量Cs盐推进剂的燃烧性能和燃烧火焰结构等性能进行了研究。结果表明,Cs盐的颗粒粒径较大,表面凹凸不平很不规则;含Cs盐复合推进剂的能量随Cs盐质量分数的增加稍有减小,推进剂密度从1.766 g/cm3提高到1.851 g/cm3;相对于AP,Cs盐和含Cs盐复合推进剂的感度均较低,当Cs盐含量为6%时,复合推进剂的机械感度最低,说明Cs盐在复合推进剂中应用是安全可行的;复合推进剂的燃速随Cs盐质量分数的增加而增大,当Cs盐含量为6%时,复合推进剂的压力指数降低幅度最大。     

含硼富燃料推进剂低压燃烧模型

针对含硼富燃料推进剂低压燃烧的凝相反应和气相燃烧具有气相反应在燃面上的惰性“沉积层”中进行、气相放热主要由AP与HTPB分解产物的扩散燃烧产生的特点,以BDP模型为基础,建立了含硼富燃料推进剂低压燃烧模型,分析了“沉积层”对气相燃烧的影响。结果分析认为,“沉积层”的存在是含硼富燃料推进剂能在较低压强下维持稳定燃烧,并具有较高燃速和压强指数的主要原因。燃烧模型实质是对BDP模型的拓展,利用该模型定性解释了含硼富燃料推进剂低压下特有的燃烧现象。     

复合推进剂燃烧性能与组分热分解特性的关系实验研究

应用常压和高压差热分析技术研究了催化剂对推进剂组分热分解的影响,测定了催化剂共晶和混合加入时相应推进剂的燃速,分析了热分析与推进剂燃烧过程的异同点,引入高氯酸铵(AP)高温分解起始温度(T_(L-H))的概念并以T_(L-H)衡量了催化剂共晶加入时对丁羟推进剂燃速和压力指数的影响.研究表明,AP高温分解过程对复合推进剂燃烧特性影响较大;热分析与燃速相关性和催化剂加入方式有关;共晶催化剂作用下的复合推进剂燃速特性与氧化剂高温分解有密切关系;压强是影响推进剂燃速和热分解相关性的重要因素,高压下AP高温分解过程和变化能更大程度地反映到推进剂燃速中去。本文同时对产生上述现象的原因作了分析。     

复合固体推进剂脱湿过程细观建模与损伤定量表征

复合固体推进剂脱湿涉及导弹武器的贮存和使用情况。针对复合固体推进剂脱湿过程细观建模与损伤定量表征开展研究。首先为研究复合固体推进剂在外界载荷作用下的细观损伤演化规律,基于随机序列吸附法、热膨胀原理和分步填充的思想,实现了高体积分数颗粒填充,并通过几何合并的方式,加入粘合剂基体和颗粒/基体界面,建立了高体积分数固体推进剂三维细观结构模型。该细观几何模型将固体氧化剂(AP)颗粒与羟基封端的聚丁二烯(HTPB)粘合剂基体的连接界面处设定为内聚力单元,基于双线性损伤内聚力模型,考虑粘合剂基体与时间相关的粘弹特性,开展了不同应变率下固体推进剂的颗粒/基体界面脱湿数值模拟。提取内聚力界面单元高斯积分点的几何体积和刚度衰减率SDEG数据,定义固体推进剂材料内部脱湿面积,对其细观损伤进行了定量表征。结果表明,该三维细观结构模型能有效表征固体推进剂的细观结构。在外界载荷作用下,颗粒/基体界面脱湿容易出现在大颗粒及颗粒比较密集的区域,界面损伤导致颗粒承载能力下降,且应变率越高,推进剂内部越容易出现损伤。