含纳米金属粉的推进剂点火实验及燃烧性能研究

利用CO2激光点火系统对含有纳米铝粉和纳米镍粉的AP／HTPB推进剂进行激光点火实验,测量了推进剂在不同激光功率和压强下的点火延迟时间,对推进剂的燃速、常压点火温度和爆热也进行了测量。同时,利用氧化还原滴定法测定燃烧残渣中活性铝含量。结果表明,纳米铝粉(n—Al)的点火阀值比普通铝粉(g-A1)的点火阀值小几个数量级,加入纳米铝粉可有效地缩短推进剂点火延迟时间。而在纳米镍粉为催化剂的协同作用下,推进剂燃速明显提高,点火延迟时间也大大减少,Al在推进剂燃烧过程中的燃烧效率得以提高,同时燃烧残渣中活性铝含量也明显降低。     

用透明燃烧仪研究推进剂燃烧性能

将透明燃烧仪进行改装增加了光强检测和记录仪，能够对推进剂燃烧进行动态检测和记录，以便研究推进剂点火、加速燃烧、稳定燃烧和熄火各阶段的变化。用这种装置进行了模拟推进剂燃烧的研究，并尝试筛选了一种ＲＤＸ／ＨＴＰＢ／Ａ１推进剂的燃速催化剂。     

超细铝粉在Ap／HTPB推进剂中的燃烧研究

研究了1.25μm和小于1μm的超细铝粉分别在Ap/HTPB系列推进剂中的燃烧特性,并与30μm的粗铝粉进行比较。认为超细铝粉在推进剂燃面上存在着凝聚和直接点火两种现象,这两种现象受氧化剂粒度、含量和种类的限制。实验结果表明,在某些配方中超细铝粉的燃烧性能明显优于粗铝粉,在以粗Ap为主的丁羟推进剂中合理使用超细铝粉,可以改善推进剂的燃烧性能,提高推进剂燃速,降低压强指数。本研究对于改善推进剂燃烧效率有很重要的现实意义。     

球形铝粉对低燃速丁羟推进剂燃烧特性的影响

采用静态燃烧性能测试和实验发动机动态实验等方法。研究了球形铝粉替代非球形铝 后推进剂燃速特性的变化。研究发现，含球形铝粉推进剂的低压燃烧速显著降低，而燃速压强指数明显高于含非球形铝粉推进剂，讨论了球形和非球形铝粉对推进剂燃烧过程的影响，并初步解释了含球形铝粉推进剂低压燃速的下降原因。     

GAP推进剂的燃烧特性

研究了含不同氧化剂的ＧＡＰ推进剂燃烧特性，观察了其火焰结构及燃烧表面，测量了推进剂燃速与的关系。研究结果表明，ＧＡＰ／ＲＤＸ推进剂的燃速由化学反应速率决定，燃速的影响较大；则ＧＡＰ／ＡＰ推进剂的燃速主要受扩散火焰控制；加入Ｈ系列燃速催化剂明显地改善了ＧＡＰ／ＲＤＸ推进剂的燃烧性能。Ｈ系列燃速催化剂可提高ＧＡＰ／ＲＤＸ推进剂的氏压燃速，并使得压强指数（２．９４－８．８３ＭＰａ）由０．８８下降至０．６     

纳米铝粉燃烧残余物的粒度分析

在常压下对纳米铝粉、普通铝粉及AP／Al/HTPB推进剂进行了点火试验，用激光粒度分析仪对燃烧残余物进行粒度分析。结果表明：纳米铝粉具有较低的着火点，而普通铝粉很难着火；普通铝粉在推进剂中燃料过程存在显著的凝聚行为，残余物粒度分布无规律，而纳米铝粉的燃烧则无明显的凝聚行为，燃烧物只是在尺寸上有所增大，粒度分布呈现较好的规律；纳米铝粉应用推进剂将有利于提高燃烧效率。     

铝粉粒径对高铝含量富燃料推进剂一次燃烧性能的影响

通过改变铝粉粒径大小制作高铝含量推进剂,在此基础上进行热分析试验、爆热测试以及燃速测试,分析总结了铝粉粒径大小对推进剂一次燃烧性能的影响。推进剂各组分相同时,热分析结果表明,推进剂凝相反应程度相近,铝粉粒径大小对推进剂凝相反应没有明显影响;爆热测试和燃速测试表明,超细铝粉可显著改善推进剂燃烧性能,提高燃速和爆热、降低压强指数,减少燃烧产物结块、改善产物分散性;同时,超细铝粉由于自身小尺寸优势在推进剂的燃烧过程中更多地参与了气相反应,提高了推进剂气相放热量。通过以上实验分析得出,铝粉主要参与推进剂气相反应,铝粉粒径大小对推进剂气相反应影响较大。     

HTPB推进剂中石墨烯包覆铝粉的燃烧和团聚行为

采用热分析法、静态燃速测试、标准发动机燃速测试、爆热测试、高速摄像等手段,对比研究了石墨烯包覆铝粉取代相同规格铝粉后HTPB推进剂的热分解特性、燃烧特性及燃烧过程。结果表明,石墨烯包覆铝粉加入后使AP低、高温分解峰分别推迟7℃和22℃,抑制了AP分解,导致推进剂燃速有所降低。石墨烯包覆铝粉对丁羟推进剂团聚的影响具有两面性,一方面推进剂在石墨烯的导热作用下,石墨烯包覆铝粉燃烧更加充分,从而改善了这部分Al-G复合物的团聚。另一方面铝颗粒的燃面滞留时间延长和熔化程度增加,燃烧产生大粒径团聚物,从而导致石墨烯对改善丁羟推进剂铝粉燃烧效率不明显。     

球形铝粉对低燃速丁羟推进剂燃烧特性的影响研究

采用推进剂静态燃烧性能测试和实验发动机动态实验等方法，研究了球形铝粉替代大量吕粉后推进剂燃速特性的变化情况。研究发现，含球形铝粉推进剂的燃速压强指数明显高于含非球形铝粉推进剂，而且含球形铝粉推进剂的低压燃速显著降低。经过对铝粉燃烧过程的研究，讨论了球形铝粉和非球形铝粉对推进剂燃烧过程的影响，并初步解释了含球形铝粉推进剂低压燃烧的下降原因。     

含微米级铝粉丁羟推进剂燃烧效率影响因素研究

理论计算丁羟推进剂组分对凝聚相产物的影响,利用充氮气密闭装置收集含微米级铝粉丁羟推进剂燃烧残渣,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分别对残渣形貌及物相分析,并采用激光粒度仪测试燃烧产物平均粒径,研究铝粉粒度及含量、燃速催化剂含量、氧化剂级配等因素对微米级铝粉在推进剂燃烧过程团聚及燃烧效率影响。结果表明,丁羟推进剂理论生成凝聚相产物随铝粉含量增加而增加,随燃速催化剂含量增加而降低;当推进剂中铝粉含量由18%降至6%,推进剂燃烧残渣团聚颗粒尺寸由112.58μm降至79.03μm,残渣中单质铝相对含量由10.6%降至1.4%,铝粉燃烧效率由82.1%提高至97.1%;铝粉粒度由14μm增加至34μm,推进剂燃烧残渣团聚尺寸从65.24μm增加至92.14μm,推进剂燃烧残渣中单质铝相对含量由2.4%增加至5.1%,铝粉燃烧效率由95.0%降至89.5%;燃速催化剂含量由0.5%增加至2.0%,推进剂燃烧残渣团聚颗粒平均尺寸由112.56μm下降至70.12μm,残渣中单质铝含量由5.1%降至3.5%,铝粉燃烧效率由90.3%增加至93.3%;当粗粒径AP与细粒径AP比例由9∶1降至9∶4时,推进剂燃烧残渣团聚颗粒尺寸由234.21μm降至87.16μm,残渣中单质铝相对含量由8.9%降至2.9%,铝粉燃烧效率由84.4%提高至94.7%。     

铝粉的辐射热反馈及对固体推进剂压强指数的影响

研究了含铝，含细ＡＰ固体推进剂中铝粉对推进剂表面的辐射热反馈，得出这种反馈是使该推进剂燃速压强指数上升的主要原因之一，在配方中添加超细铝粉可能氏压强指数的上升。     

固体推进剂燃烧过程铝团聚研究进展

综述了固体推进剂燃烧过程铝的团聚和凝相燃烧产物研究进展,对现有研究中存在的局限性进行了讨论,并分析了未来的研究趋势。建议未来在以下几个方向开展系统深入的研究,包括高压下固体推进剂燃烧过程铝团聚微观动力学机理,推进剂配方对团聚影响系统性实验研究,团聚模型,铝团聚抑制方法等。非常规铝粉的使用、对铝表面进行包覆等新型的团聚抑制方法应当予以重点关注。     

铅化合物在双基推进剂燃烧过程的作用机理

本文提出了铅化合物催化双基推进剂燃烧的反应历程。充分说明这类化合物是最终通过提高燃烧表面处嘶嘶区温度梯度提高燃速的。本文还提出了“铅化合物有通过增加燃烧表面上碳质物量增加燃速的一面,还有通过减少碳质物抑制燃速增加的一面”这一新的论点及抑制碳质物增加的反应并阐明了压力对这种抑制能力的影响。最后根据本文提出的作用机理及传热原理圆满解释了超速、平平和/或麦撒效应。     

含硼富燃料推进剂燃烧表面"沉积层"研究

针对含硼富燃料推进剂低压燃烧时燃烧表面产生“沉积层”的现象,结合该推进剂的燃烧过程,分析了“沉积层”的形成机理,建立了“沉积层”影响燃气流动的数学模型,研究了其对气相火焰高度的影响。结果表明,“沉积层”使气相火焰高度降低,传给燃面的热流密度占气相总热流密度的百分比增大,有更多的气相燃烧产生的热量反馈回燃烧表面,即使含硼富燃料推进剂燃烧过程中气相作用增强,易于在低压下维持稳定燃烧,并具有相对高的燃速和压强指数。这为含硼富燃料推进剂用于冲压发动机提供了有利的理论支持。     

推进剂中燃烧铝滴直径分布和聚集状态的研究

本文给出了含铝推进剂燃烧时,气相中燃烧铝滴的直径大小与分布,讨论了配方中氧化剂粒度和铝粉粒度对铝的凝聚程度的影响。实验表明,由粗氧化剂组成的推进剂其燃烧时铝的凝聚是很明显的;并且,对应于相同的粗氧化剂,细铝粉比粗铝粉更易凝聚。实验结果支持复合推进剂中铝凝聚的“口袋模型”。本文还用显微密度分析方法对铝的凝聚燃烧机理进行探讨,发现有三种不同类型的光密度分布曲线,文中称之为液滴型,微滴型和液—汽过渡型,它们分別对应于铝的一种聚集状态。此外,还有一种在底片上无铝亮条出现的称之为气相型,它们的燃烧效率是依次升高的。     

降低NEPE推进剂燃速的途径探讨

通过对NEPE推进剂燃烧表面的热平衡分析，指出了影响推进剂燃速的3个因素：“嘶嘶”区（fizz）的温度梯度、凝聚相反应热和燃面温度，提高了降低NEPE推进剂燃速的可能途径，研究了某些燃速降速剂的作用及其对推进剂能量的影响。用实验证明了降低燃速几个途径的可行性。     

Effect of variable solid phase thermal properties on propellant combustion

Mathematical models derived for describing the combustion of solid rocket propellants have in the past assumed that the thermal properties, specific heat, and thermal conductivity are constant throughout the solid phase portion of the combustion zone. The values for specific heat and thermal conductivity can vary as much as 50–100 percent for the temperatures in the solid phase combustion wave, values from about 250 to 1100 K. Thus, the variation in solid phase properties due to the temperature variation in the solid phase have significant effects on the burning rate, the temperature sensitivity and the pressure coupled response. The paper is concerned with predicting the effect of the variable solid phase properties on the combustion properties. Parametric calculations were made to illustrate the effect of the magnitude of the variation of solid phase properties with temperature. The results indicate that significant differences exist between the values for the combustion parameters calculated using variable thermal properties as compared to those calculated using constant thermal properties.     

偶氮四唑胍对含催化剂的RDX-CMDB推进剂燃烧性能的影响研究

采用浇注工艺制备了GZT部分取代RDX的系列含催化剂的RDX-CMDB推进剂样品。研究了GZT对含催化剂的RDX-CMDB推进剂的燃速、压强指数及燃烧火焰结构等燃烧性能的影响,对比分析了GZT对含催化剂和不含催化剂的RDX-CMDB推进剂燃烧行为影响不同的原因,并采用DSC实验初步研究了含GZT和催化剂的RDX-CMDB推进剂的热行为。结果发现,GZT对推进剂的火焰温度、火焰的暗区厚度、燃面上的亮点数目、燃烧表面对凝聚相的温度梯度等都呈现一定规律性的影响;在1～10 MPa内,GZT使含催化剂的RDX-CMDB推进剂燃速降低,压强指数升高;热行为研究表明,含催化剂的GZT-RDX-CMDB推进剂的DSC曲线上出现了GZT单独分解峰,且DSC的第一分解峰温随GZT的加入而减小。     

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。     

1^#铝粉用于中燃速丁羟固体推进剂的研究

研究并考察了1~#及3~#铝粉对中燃速丁羟固体推进剂性能的影响。研究结果表明,通过球形AP级配调整,采用1~#铝粉代替3~#铝粉,不仅降低了推进剂成本,保持了3~#铝粉推进剂的良好性能,而且使常温延伸率提高5%左右。