含铝锂合金丁羟推进剂的能量性能研究

依据最小自由能原理，采用固体推进剂能量特性计算程序计算了标准条件下含铝锂(Al-Li)合金丁羟(HTPB)推进剂的能量性能，研究了不同Li含量的Al-Li合金粉对HTPB推进剂比冲、密度、密度比冲及特征速度的影响；并采用爆热、爆热残渣粒度分布以及活性铝含量验证了Al-2.5Li(Li质量含量为2.5%)合金粉对HTPB推进剂能量特性的影响。理论计算结果表明，采用纯Li取代Al粉，HTPB推进剂的标准理论比冲最大可增加58.11 N·s/kg;当以Al-Li合金的形式取代Al粉时，不同Li含量的Al-Li合金对HTPB推进剂配方的能量性能参数影响不同，标准理论比冲以及特征速度呈现增加的趋势，密度以及密度比冲呈现降低的趋势；当以Al-20Li合金替代Al粉时，HTPB推进剂配方的标准理论比冲最大可提高39.10 N·s/kg。爆热试验结果表明，含Al-2.5Li合金粉HTPB推进剂的爆热略高于Al粉配方，燃烧残渣粒度d₄₃低于对照配方；含Al-2.5Li合金粉HTPB推进剂燃烧残渣活性铝含量低于对照配方。     

比热比对推进剂标准比冲与发动机真空比冲影响趋势分析

在固体火箭发动机择优比测中,推进剂比冲与发动机真空比冲是发动机择优的关键指标。在标准比冲修正和真空比冲计算中,比热比是影响标准比冲和真空比冲计算的重要参数。分析了不同燃烧室室压和环境压强下,BSF?315 mm标准发动机固体推进剂修正标准比冲随比热比的变化,以及地面试车成功后,比热比对真空比冲计算的影响。结果表明,推进剂实测比冲修正到标准比冲时,在不同燃烧室平均室压下修正标准比冲,存在一个比热比值,使得推进剂修正标准比冲计算存在极小值,当比热比大于该极小值后,随着比热比的增加,修正标准比冲增大。研究结果和所得结论对同一单位推进剂配方选型,以及不同单位推进剂、发动机实物比测,具有指导与借鉴意义。     

低燃速高固体含量HTPB推进剂

对大型发动机用的低燃速高固体含量HTPB推进剂进行了研制。采用超支化SU-2助剂降低推进剂药浆粘度为提高配方固体含量的方式,优化SU-2助剂含量,研制出固体质量分数89%的推进剂配方。依据抑制AP分解的质子转移机理,分别用高氯酸烷基胺衍生物A1N、草酸铵T29降燃速剂,获取低燃速HTPB推进剂,针对试验得到的推进剂性能数据,分析了单项降燃速剂的推进剂燃烧性能存在不足,提出了选用价廉的高氯酸烷基胺衍生物A1N/草酸铵T29/细AP复配方法,既降低燃速又能降低压强指数。经装药试验验证,获得6.86 MPa燃速5.185 mm/s,3～11 MPa压强指数0.328,密度≥1.80 g/cm3,20℃最大拉伸强度σm≥1.0 MPa,-40℃最大伸长率εm≥61.0%;5 h使用期粘度为2625 Pa·s;综合性能优良的高固体含量低燃速HTPB推进剂。以提高推进剂固体含量增加密度,增大HTPB推进剂比冲的设计方法,可供低燃速HTPB推进剂的发动机借鉴。     

基于烧蚀发动机的EPDM烧蚀性能试验研究

采用有2个流速试验段的烧蚀试验发动机在双基推进剂和含Al 10%复合推进剂燃气环境下对EPDM绝热材料进行烧蚀试验,分析了压强、燃气组分和速度等因素对EPDM绝热材料烧蚀特性和炭化层微观结构的影响规律。研究表明,EPDM绝热材料炭化率和质量烧蚀率随着燃气速度和燃烧室压强的增加而增大;在燃气温度、燃烧室压强和燃气速度接近的条件下,含Al 10%复合推进剂燃气环境下的炭化率是双基推进剂燃气环境下的2倍;EPDM绝热材料炭化层的结构呈现一种致密/疏松的多孔结构,表面存在一层致密层。烧蚀模型中炭化层物理模型可用非均质可渗透多孔介质描述。     

含能热塑性聚氨酯推进剂的能量计算与分析

采用最小自由能法,在标准条件(pc/p0=70∶1)下,比较了用不同软硬段结构的含能热塑性聚氨酯弹性体(ET-PU)作粘合剂的复合推进剂的能量特性,从要获得较高能量水平的观点,排列出了几种ETPU选择的先后次序;计算了含ETPU的各类推进剂的能量特性参数,探讨了ETPU对硝酸酯增塑的复合推进剂和硝胺改性双基推进剂的能量特性的影响规律。结果表明,选用不同ETPU的复合推进剂配方相互间在能量特性上存在着差别,但这种差别并不十分显著,以GAP为软段、TDI为硬段的ETPU,更有利于配方获得较高的能量水平;硝酸酯增塑的ETPU推进剂的理论能量水平高于丁羟推进剂,随增塑比逐渐增大,推进剂的最大理论比冲随之增大,固含量逐步降低;少量ETPU的加入,对硝胺改性双基推进剂的能量特性影响不大,增加Al和RDX含量,更有利于提高含ETPU的硝胺改性双基推进剂的能量水平。     

含3，4-二氨基呋咱低特征信号富燃料推进剂能量性能及特征信号分析

以3,4-二氨基呋咱(DAF)部分取代高氯酸氨制备低特征信号富燃料推进剂。采用最小自由能法计算推进剂的能量性能。结果显示,推进剂的比冲随DAF含量的增加而提高,含15?F的推进剂比冲可达7 969.636 N.s/kg。该系列推进剂的红外和可见光信号衰减随着DAF含量增加呈现先降低后增加的趋势,含10?F推进剂的红外和可见光信号衰减最小,红外和可见光透过率分别达到78.1%和70.9%。     

基于含硼推进剂的微推进器燃烧特性及推进性能

为研究使用含硼推进剂的微推进器点火燃烧特性及推进性能,搭建了激光点火测试实验台,配制了B/AP、B/KNO_3及B/AP/HTPB三种含硼推进剂配方,分别在2~6 mm不同内径微燃烧室中进行了燃烧测试实验。实验结果表明,配方B/KNO_3的燃速快,推力大,在内径为2.76 mm燃烧室中的平均推力达到0.028 56 N;配方B/AP的推力作用时间长,冲量大,在内径为4.92 mm燃烧室中的最大冲量为0.042 28 N·s;配方B/AP/HTPB燃烧较稳定,粘合剂的添加可改善燃烧特性,但会降低推进性能,且推力、比推力、冲量、比冲量等推进性能均随燃烧室内径的增大呈先增大、后减小的趋势。     

AP／HMX HTPB推进剂的能量特性

介绍了ＡＰ／ＨＭＸ ＨＴＰＢ推进剂能量特性。理论计算表明，ＨＭＸ取代部分ＡＰ可增加比冲，降低火焰温度和燃气中ＨＣＬ含量，ＨＭＸ代替２０％ＡＰ，比冲增加２５．４６Ｎ．ｓ．ｋｇ＾－１。用ＢＳＦΩ     

基于热力计算的固体火箭冲压发动机理论性能研究

研究了固体火箭冲压发动机的理论性能,采用编制的热力计算程序对含铝镁和含硼贫氧推进刺进行了计算,分析了在设计点处补燃室温度、冻结流比冲、平衡流比冲随空燃比变化的趋势,以及比冲随补燃室压强变化的趋势.计算结果表明,冻结流比冲低于平衡流比冲;在合理空燃比区内,选取空燃比作为设计值,有利于提高发动机性能;提高补燃室压强和选用高能推进剂都能有效提高比冲,但补燃室压强的提高受进气道设计的制约.     

含二硝基偶氮氧化呋咱推进剂的能量特性研究

二硝基偶氮氧化呋咱 ( DNAF)是一种新型高能氧化剂。采用最小自由能方法研究了 DNAF的能量特性 ,结果显示 :DNAF单元推进剂比冲 2 692 .72 N· s· kg- 1 ,比黑索今高 75.8N· s· kg- 1 ,比六硝基六氮杂异伍兹烷高 1 9.5N· s· kg- 1 ;HTPB/DNAF/Al组成推进剂的比冲可达 2 81 0 N·s·kg- 1 ;DNAF分别与 GAP和 HTPB组成的无烟推进剂的比冲分别高达 2 763N· s·kg- 1和 2 72 5N·s·kg- 1。并绘制了等性能三角图和三维立体图 ,可形象直观地看出这类推进剂的比冲、燃烧温度与配方组分之间的关系     

非金属凝胶推进剂热力特性计算及分析

研制了非金属凝胶推进剂热力气动力计算软件,对某单组元和双组元凝胶推进剂进行了热力气动力计算和分析,结果表明：对计算使用的胶凝剂,胶凝剂质量含量增加,推力室真空比冲、燃烧室温度和特征速度均下降;相同条件下,当胶凝剂在推进剂中质量含量在1％～3％范围变化时,某型单组元凝胶推进剂真空比冲比原推进剂下降约0．47％～1．94％;质量含量在2％～5％变化时,在最佳混合比处,某型双组元凝胶推进剂真空比冲比原推进剂下降约1％～2．69％。凝胶推进剂的热力特性主要取决于添加的胶凝剂的化学成分和含量。     

含FOX-12的高燃速HTPB推进剂性能

为降低高燃速HTPB推进剂的感度,探讨了N-脒基脲二硝酰胺盐(FOX-12)对该推进剂能量性能、燃烧性能和安全性能的影响.结果表明,FOX-12使推进剂的燃温(Tc)、平均相对分子质量(M)和爆热(Qv)均降低,但对推进剂比冲(Isp)的影响较小,FOX-12含量为5％时,Isp降低约0.458％.随FOX-12含量增...     

固体火箭发动机燃烧室凝相粒子的收集与分析

设计了一种新的固体火箭发动机燃烧室状态粒子收集装置,可对不同工作压强和燃烧室滞留时间的凝相粒子进行收集。针对典型的HTPB推进剂,开展了不同压强条件下的实验研究,利用马尔文粒度分析仪和扫描电镜,对收集到的粒子进行了分析。结果表明,典型含铝复合推进剂凝相燃烧产物的粒径主要分布在0.05~100μm之间,粒子粒度的体积分布峰值小于5μm。随着压强的增加,粒度分布峰值略有上升,粒径分布更为集中。     

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.     

两种含铝复合推进剂压强耦合响应的实验对比

基于T型燃烧器双脉冲外部激励的方法,对2种含铝HTPB复合固体推进剂开展对比实验研究,分析比较其压强耦合响应特性的差异。在7 MPa条件下成功地开展了4次试验,获得了2种推进剂在T型燃烧器中的衰减常数和燃面增益常数。结果表明,由于推进剂配方中AP粒径分布存在差异,这2种推进剂的压强耦合响应常数存在差别。其中小粒径AP含量较多的推进剂更易产生不稳定燃烧现象。这一实验现象与发动机真实工作情况的表现是一致的。2种推进剂的凝相燃烧产物在发动机中的行为也表现出较大差异。     

自由分子流微电热推力器工作特性和性能研究

微推进地面试验系统由推进剂贮存供应控制单元、电源供应控制单元、虚拟仪器测控单元和推力器等组成。通过FMMFL的设计加工和地面试验系统建设,在大气状态下,对FMMR的工作特性和性能进行研究,并与理论分析和数值模拟计算结果进行了对比分析。研究结果表明,在大气状态下,基于MEMS的薄膜温度传感器和薄膜加热器工作稳定;当输入功率为14．6W,工作压强为100Pa时,推力器工作温度为600K。推进剂工质为N2时,质量流量为3．720mg／s,比冲为54．254s,推力为1．979mN;推进剂工质为H2O时,质量流量为2．976mg／s,比冲为68．163s,推力为2．000mN。FMMR的各项性能参数与理论分析结果一致。通过优化设计和系统集成,FMMR的性能将得到进一步提高。     

含BuNENA钝感交联改性双基推进剂能量分析

利用推进剂配方理论计算程序,计算了Bu NENA钝感交联改性双基推进剂的能量性能。结果表明,标准理论比冲随粘合剂GAP/NC比例和增塑比的变化很小;随固体含量、固体填料RDX/AP/Al配比的变化很大。CL-20取代AP后,Bu NENA推进剂在固体含量为70%,其中CL-20为39%~52%范围内(相应的Al粉含量在7%~10%范围),都可得到2700N·s/kg以上的理论比冲值,是一个有潜力的集高能、钝感、低特征信号于一身的推进剂体系。     

高活性纳米金属粉的静电火花刺激响应

高活性纳米金属粉具有热值高、密度大、点火和燃烧性能良好的优点,对提高固体推进剂的能量性能及燃烧性能具有非常重要的作用。采用SEM、EDS、XRD等手段对高活性金属粉进行了结构表征,采用静电火花感度评价方法研究了不同粒径Al和Zr对静电火花刺激响应特性,分析了不同金属形貌对静电火花刺激的响应特性,探讨了粒度对金属粉的静电火花感度的影响。结果表明,较之Al粉,Zr对静电刺激更为敏感,50%发火能仅为5.13 mJ;球形颗粒的金属粉较不规则形貌颗粒具有较低的发火能量,而随着纳米金属粒径的增大,其对静电火花刺激敏感程度呈下降趋势。研究成果为促进Al和Zr粉在固体推进剂中的安全使用提供了技术参考。     

甲烷-乙烷混合推进剂深度过冷技术的实验研究

针对甲烷采用液氮过冷可能发生甲烷冰堵风险,提出了在甲烷中添加乙烷,制备凝固温度更低的甲烷-乙烷混合推进剂的新方案,搭建实验系统测试了甲烷-乙烷凝固温度变化规律。研究发现,随着甲烷含量提高,混合推进剂凝固温度先降低后升高。当甲烷、乙烷比例为0.71∶0.29时,混合推进剂达到最低凝固温度,约73.0 K。当采用常压饱和液氮对混合推进剂过冷时,控制甲烷含量在0.52~0.81间可避免推进剂冻结。相较于常压饱和甲烷,防冻结区的混合推进剂密度提高了24.0%~38.4%,液相存在温区增大至35.7 K~40.5 K。此外,甲烷-乙烷混合推进剂具有理论比冲高、再生冷却性能佳、结焦与积碳小等优势。所提出的甲烷-乙烷混合推进剂在火星探测等任务中具有可观的应用前景。     

AP级配及含量对HTPB固体推进剂界面约束作用影响机理研究

复合固体推进剂是一种含能非均质颗粒填充材料,其基体聚合物分子通过物理缠结及氢键作用吸附于填料表面,产生基体-填料界面相互作用,这种相互作用使基体聚合物交联网络分子的运动受到限制。以高氯酸铵(AP)级配及含量不同的端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂为研究对象,通过动态力学试验、溶胀试验、单向拉伸试验、循环拉伸试验,探究了AP级配及含量变化引起的HTPB固体推进剂界面约束作用差异,并探究其对推进剂结构及性能的多维度影响。结果表明：随着细粒度AP含量及AP总含量的提高,约束区域占比增加,基体交联网络分子受限作用增强,HTPB固体推进剂界面相互作用提高,单向拉伸状态下的推进剂强度、模量提高,伸长率下降;循环载荷作用下,约束作用则提高了能量耗散过程,加剧HTPB固体推进剂疲劳损伤进程。