碳硼烷衍生物在高燃速丁羟固体推进剂中的应用研究

针对高燃速推进剂的发展需求,筛选出一种成本较低的二茂铁型碳硼烷衍生物TPT-01,研究了其作为燃速催化剂对高燃速丁羟(HTPB)固体推进剂工艺性能、燃烧性能、安全性能的影响及迁移性情况。结果表明,添加6%TPT-01的HTPB推进剂药浆粘度较低,工艺性能良好;HTPB推进剂药浆及成品药安全性能良好;HTPB推进剂6.86 MPa下燃速由24.2 mm/s提高至49.6 mm/s, 6.86～15 MPa的静态燃速压强指数为0.330;此外,TPT-01在HTPB推进剂中的迁移性低于辛基二茂铁,有利于HTPB推进剂的燃烧稳定性和界面粘接性能;相较于辛基二茂铁和正己基碳硼烷NHC物理掺混使用,TPT-01是一种效果更好的燃速催化剂。     

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。     

含铁催化剂应用丁羟推进剂研究

通过测试正丁基二茂铁、叔丁基二茂铁、二茂铁接枝丁羟等三种不同含铁燃速催化剂催化的丁羟推进剂的燃速，应用数理统计分析和拟合二阶方程变换等数学方法，比较了催化剂对推进剂燃烧性能的影响，结果表明：添加含铁催化剂后，药条燃速的样本方差增大，中高燃速推进剂的燃速公差控制难度增大；用拟合二阶方程的变换式可以比较不同含铁催化剂的表观催化效率。DSC的试验结果表明：含铁催化剂促使AP的高温分解峰向低温方向移动，同时增大了推进剂的表观分解热，催化气相反应是它提高推进剂燃速的主要原因。     

乙烯基二茂铁丁二烯共聚物燃速催化剂

本文介绍了乙烯基二茂铁和丁二烯共聚物及其制备方法。该共聚物可作为燃速催化剂,并提供一种在固体推进剂中引入并保持高浓度催化剂的方法,因为,这种含铁催化剂的共聚物可用作粘合剂以部分取代固体推进剂中常用的粘合剂。本文还介绍了用此共聚物作为粘合剂的取代物和燃速催化剂的一种典型固体推进剂配方。     

用于高燃速固体推进剂的新官能团预聚物

二茂铁、烷基二茂铁和其他二茂铁衍生物广泛用作复合固体推近剂的燃速催化剂。在推进剂贮存期间,这些化合物有向推进剂表面迁移的倾向,因此会严重降低火箭发动机的弹道性能。有机硅二茂铁衍生物FC—R—SiH(CH_3)_2(R为烷基或苯基)通过硅氢烷化反应把二茂铁基接枝到低分子量端羟基聚丁二烯(HTPB,20% 1,2—双键,80% 1,4—双键)的C=C双键上,合成出新官能团预聚物(取名为Butacene)。这些化合物对燃速的催化能力,至少等于通常的二茂铁衍生物。这项工作开始时,用一些分子模拟化合物和二甲基苯基硅烷做了大量试验研究,前者模拟HTPB中的C=C双键(1,2—,顺—1,4—和反—1,4—双键),后者模拟二茂铁硅烷。用六水合氯铂酸(H_2PtCl_6·6H_2O)的异丙醇溶液作催化剂。这些化合物的硅氢烷化反应动力学的研究,证明了1,2—双键的反应活性比1,4—双键大得多。这个结论与二甲基苯基硅烷和HTPB的加成反应得出的结果相同,硅氢烷化反应并不改变端羟基的功能。此后,合成了多种含Si—H键的有机硅二茂铁衍生物。研究了温度、溶剂性质、催化剂性质和反应条件等各种参数对硅氢烷化反应速率和产率的影响。用红外光谱检验了反应动力学,用~1H核磁共振和火焰光谱法测量了预聚物中的铁含量。预聚物的结构用~1H和~(13)C核磁共振法进行鉴定。从这项研究中可以清楚地看出,Fc(CH_2)_4SiH(CH_3)_2的试验结果最好,它能与全部的1,2—双键反应,从而制得铁含量为10%的预聚物。此外,它的玻璃化温度能满足固体推进剂使用要求。用Butacene预聚物制备的复合推进剂,其燃速特性与使用一般的二茂铁增塑剂的推进剂相同。因为二茂铁基联在预聚物上,不能迁移,这是一个很大的优点,因此,这种推进剂具有良好的老化性能。     

国外含能材料研究的新进展

介绍当前国外含能材料及固体推进剂研究的一些新进展。支化的缩水甘油叠氮聚醚（Ｂ－ＧＡＰ），含能热塑性弹性体及硝酸酯乙基硝胺类化合物（ＮＥＮＡ）的研究正受到关注。卡托辛和巴得辛之类二茂铁衍生物是固体推进剂的高效燃速催化剂，氢化端羟基聚戊二烯能改善推进剂的储存性能，热稳定性和易损性。     

高燃速固体推进剂用的新型预聚物

二茂铁、烷基二茂铁及其他一些二茂铁衍生物已被广泛用作复合固体推进剂的燃速催化剂,但是在贮存时这些化合物会有从推进剂内向外迁移的缺点,因而使火箭发动机的弹道性能严重恶化.本文作者合成出一些含有二茂铁基团的新功能预聚物,它们是用有机硅二茂铁衍生物Fc-R-SiH(CH_3)_2(其中R为烷基或苯基)与低分子量端羟基聚了二烯(含20%1、2加成和80%1、4不饱和度)通过氢硅化反应而接技上去的,这些新型预聚物命名为BUTACENES.这些预聚物同固体推进剂中通常用作燃速催化剂的其他一些二茂铁衍生物相比,对提高燃速来说,至少具有同样的效果.工作开始阶段,对相当于丁羟预聚物中C-C双键(1、2顺 1、4和反 1、4结构)的模型化合物与作为二茂铁硅烷的二甲基苯代硅烷进行大量的反应试验,这些反应用氯铂酸六水合物(H_2PtCl_6·6H_2O)的异丙醇溶液进行催化,通过对这些化合物的氢硅化反应动力学研究,证明了1、2双键的活性远远大于1、4双键.这个结论对二甲基苯代硅烷与端羟基聚丁二烯的加成反应来说,也是适用的.而这种加成反应不会影响端羟官能团.此后,合成出许多含Si-H键的有机硅二茂铁衍生物.还研究了各种参数对氢硅化反应速率和产率的影响,包括温度、溶剂性质、催化剂性质和反应条件.反应动力学数据是用红外光谱图进行核对     

二茂铁功能化SBA-15的制备及其对AP／HTPB固体复合推进剂燃烧催化作用研究

二茂铁(Fc)及其衍生物是AP/HTPB固体复合推进剂的有效燃速催化剂,但在推进剂中的迁移始终是其应用的最大障碍。将二茂铁通过缩合反应接枝到介孔材料SBA-15的表面,制备了一种低迁移催化剂Fc-SBA-15。X射线衍射和N2吸附-脱附实验表明,Fc均匀致密地固定在了SBA-15的内外表面,Fc的负载没有对SBA-15的介孔结构造成破坏。改进的迁移性实验表明,制备的Fc-SBA-15复合材料是一种低迁移的催化剂。Fc-SBA-15对AP的热分解与AP/HTPB推进剂的燃烧具有较好的催化效果,添加2%的Fc-SBA-15使AP的高温热分解峰温度降低64℃,使AP/HTPB固体复合推进剂的燃速提高43%,压强指数下降30%。     

硝胺丁羟推进剂高、低压燃烧性能研究

通过几种燃速调节剂对含奥克托金（HMX）的丁羟橡胶复合推进剂高，低压的燃烧性能影响实验研究，结果表明，二茂铁衍生物（T27）能有效调节推进剂燃速和降低高，低压段的压强指数，复合燃速调节剂（T27＋CB），并可消除高压段出现的燃速突变现象，该结果可为单室双推力发动机推进剂燃速设计提参考。     

一种新的BUTACENE复合固体推进剂

据法国国营火炸药公司防卫和宇航分部的专家在1994年6月第30届AIAA会议上报告,他们从1981年开始研究,现已研制出一种BUTACENE复合固体推进剂。它是一种高燃速、少烟固体推进剂。用于地空导弹发动机。中国台湾中山科技研究所的学者则进一步报告了他们对BUTACENE结构的研究结果。 BUTACENE是一种预聚物,兼具HTPB与二茂铁衍生物的性质,因而它能同时起粘合剂与燃速催化剂的双重作用。与二茂铁作燃速催化剂相比,其最突出的优点是不挥发,不向包复绝热层界面迁移,催化均匀,且药浆工艺性能好,装药重     

微胶囊化在固体推进剂中的应用及展望

介绍了微胶囊化技术的概况、制造方法及其在推进刑领域的相关应用。重点指出固化剂和氧化剂的微胶囊化包覆、复合粒子的制备等对提高推进剂的性能有重要作用。总结了微胶囊化技术在固体推进剂中应用的研究方向。     

氧化剂粒度对复合固体推进剂侵蚀燃烧的影响

本文阐述了利用透明窗发动机——高速摄影装置研究氧化剂粒度对复合固体推进剂侵蚀燃烧影响的方法。对基本配方相同,只是氧化剂粒度不同的三种复合固体推进剂进行了实验研究。经过测试、分析和计算,得出了不同氧化剂粒度推进剂的侵蚀效应对气流速度和压力的关系式,进而得出了氧化剂粒度的大小对复合固体推进剂侵蚀效应的影响关系。     

复合固体推进剂单向拉伸力学模型

本文提出了复合固体推进剂单向拉伸力学模型。导得的数学表达式指出：推进剂的伸长率不仅与弹性粘结体的伸长率和固体填料体积分数有关，而且还与界面粘结层厚度和固体粒子直径有关。理论计算结果较Ｔ．Ｌ．Ｓｍｉｔｈ和Ｆ．Ｂｕｅｃｈｅ的计算结果更接近实际推进剂的结果。     

复合固体推进剂双折线脱湿损伤模型参数影响分析

为分析双折线损伤模型参数对复合固体推进剂细观损伤及宏观非线性力学性能的影响,采用分子动力学方法建立复合固体推进剂颗粒夹杂模型,根据Surface-based cohesive方法,在高氯酸铵(AP)颗粒与基体之间的界面处设置接触损伤。利用有限元方法对具有不同损伤参数的颗粒夹杂模型进行计算,并对比数值仿真结果。结果表明,损伤起始应力对复合固体推进剂抗拉强度、最大延伸率有较大的影响;界面初始刚度在一定程度内的变化,对复合固体推进剂宏观力学性能及细观损伤形貌影响较小;界面失效距离主要影响复合固体推进剂的最大延伸率。     

国外GAP推进剂研制现状

综述了缩水甘油叠氮聚醚(GAP)及其推进剂的热、力学及弹道性能,GAP推进剂有较高的燃速和能量,但其燃速压强指数和温度敏感系数偏高。GAP推进剂的力学性能较差,改性GAP和支化GAP更具吸引力。GAP推进剂可用于燃气发生剂、微烟推进剂、高能推进剂及改性双基推进剂。     

高能高密度材料组成的低信号特征固体推进剂

采用含能粘合剂ＴＧＡＰ，ＴＢＡＭＯ，增塑剂ＢＴＴＮ和ＡＺＰＬ－４以及氧化剂ＨＮＩＷ组成一种新型的无铝无氯推进剂，从理论上对这种高能高密度材料的组成的推进剂的能量特性、工艺性能、燃烧性能及安全性能作了分析和评估。结果表明，对于ＨＮＩＷ含量为８４％的配方，ＡＺＰＬ－４或ＢＴＴＮ为７％时，其理论比冲分别为２５５ｓ和２５８ｓ，密度分别为１．８８７ｇ／ｃｍ３和１．９１２ｇ／ｃｍ３，氧系数大于１．１；用少量的铝粉代替ＨＮＩＷ，其理论比冲、密度明显上升；８４％固体含量的推进剂仍可采用现有浇注装药工艺。由此可见，这类仅由Ｃ，Ｈ，Ｏ，Ｎ四种元素组成的推进剂的氧系数较高，可制成有较好综合性能的低信号特征复合团体推进剂。     

评价复合固体推进剂中填料/粘合剂相互作用的新方法

为了便于评价复合固体推进剂中填料／粘事剂的相互作用，从填料充填弹性体应力应变公式出发，提出了一种简单而直观地评价填料／粘合剂相互作用的新方法。其在几种不同填料体系的应用表明，该方法不仅可以评价填料／粘合剂的相互作用，还可表征键合剂的作用效果，这一方法具有较大的使用价值。     

温度相依固体推进剂的蠕变损伤模型

针对复合固体推进剂材料,建立了与温度相耦合的蠕变损伤演变模型,进行了单轴和双轴条件下蠕变破断试验,确定了材料参数.该模型对复合固体推进剂的应力分析、寿命预估具有应用价值.     

用拉氏量计和分析技术研究固体推进剂冲击波作用过程

本文建立了适合于研究固体推进剂冲击波作用过程的拉氏量计和分析技术,应用这种技术能清楚地表现固体推进剂内部状态变化过程和化学反应过程。并用这种技术研究了聚硫复合推进剂、丁羟复合推进剂、双基推进剂和改性双基推进剂冲击波转爆轰和爆轰过程。结果表明,复合推进剂与双基和改性双基推进具有明显不同的状态变化过程和化学反应过程。     

C/C喉衬烧蚀性能的实验研究

开展不同推进剂和压强对喉衬烧蚀的影响研究,对认识喉衬烧蚀机理和指导设计很有意义.采用小型烧蚀实验发动机,开展了不同压强下无铝双基推进剂和含铝17%的复合推进刺工况下C/C喉衬烧蚀的实验研究,分析了粒子沉积、燃气组分和燃烧室压强等时烧蚀性能的影响.结果表明,随着工作压强的升高,喉衬烧蚀率明显增大,主要机制是热流密度增加和气流剥蚀加剧,粒子沉积减弱;相同压强条件下,含铝复合推进剂工况下C/C喉衬的烧蚀率远小于无铝双基推进剂工况,主要原因是氧化铝沉积严重.对喉村烧蚀起到了一定保护作用.