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。     

HMX推进剂燃速的温度敏感性

为了阐明双基推进剂基体内HMX粒子的作用,研究了HMX基复合改性双基推进剂燃速的温度敏感性。虽然单位质量推进剂中包含的能量随着HMX重量分数ξ的增加而提高。但是,当ξ<～0.5时,燃速随着ξ的增加而下降。然而,当ξ>～0.5时,燃速又随着ξ而提高。换句话说,在定压下,ξ≌0.5时,燃速为最小值。温度敏感系数随着ξ上升而单调地下降。测试结果表明,当ξ上升时,嘶嘶区的反应速率单调下降,燃烧表面的反应热单调地增加。HMX—CMDB推进剂的这种燃烧模式证明了实测的燃速和温度敏感特性。     

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。     

硝胺对低燃速丁羟推进剂能量与燃速的影响

从推进剂的能量特性和燃烧性能的角度探索了硝胺（RDX、HMX）在低燃速丁羟推进剂应用的可能性，结果表明：保持固体含量和铝粉含量恒定时，在推进剂中加入一定量的硝胺部分取代AP，可以提高低燃速丁羟推进 理论比冲和显著降低推进剂的燃速压强指数，但加入RDX、HMX降低丁羟推进剂燃速的幅度非常小。     

含铝推进剂的燃烧效率

为获得火箭顶级发动机所用推进剂的最优性能,本文就40种低燃速含铝推进剂配方的组分含量变化对其燃烧效率的影响进行了评价.所试验的推进剂由高氯酸铵、铝粉、环四甲撑四硝铵(HMX)和端羟基聚丁二烯组成.依据实验所得的铝凝聚尺寸、燃速和比冲数据可知,当燃速增加时,燃烧效率有增加的倾向;在低 L条件下,当铝凝聚尺寸减小时,比冲效率增加;铝凝聚的程度取决于口袋结构的特性,当口袋中的铝含量及铝与细 AP 质量比下降时,铝凝聚尺寸减小;口袋容积变小时,使用粗 HMX 具有减小铝凝聚尺寸的作用;HMX 的尺寸对燃速没有影响。     

降速剂对低燃速NEPE推进剂高压燃烧性能的影响

添加降速剂和调节RDX/AP含量是调节NEPE推进剂燃速的两种常用途径。采用水下声发射燃速测试仪、密闭燃烧器、BSF φ75 mm发动机等测试方法,研究了低燃速NEPE推进剂静态高压燃烧性能规律和发动机动态高压燃烧稳定性。研究发现,NEPE推进剂的中低压区燃速随着降速剂含量增大而显著降低,高压区燃速降低幅度相对较小,燃速-压强(r-p)曲线在15 MPa和45 MPa出现两个拐点,而且降低RDX含量对降低高压段燃速作用显著。BSF φ75 mm发动机试车结果表明,低RDX含量的C1配方(28%)最大工作压强不超过20 MPa,而高RDX含量(38%)的C4配方最大工作压强达到30 MPa。发动机稳定燃烧的最大压强随NEPE推进剂的燃速降低而下降,主要原因是低燃速推进剂铝粉燃烧效率降低使凝聚相燃烧产物含量和粒度增大。     

奥克托金(HMX)的燃烧机理

为了查明控制奥克托金(HMX)燃烧速度的因素,本文对其燃烧机理进行了实验探讨,实验结果表明,HMX的燃烧速度随着压力的增加而直线增加(以对数坐标表示),其燃烧压力指数为0.66,HMX的亮焰与燃烧表面保持一定距离,随着压力的增加而逐渐接近燃烧麦面。在气相呈现双分子反应,从气相向燃烧表面的热反馈虽然随着压力的增加而增加,但是,当HMX燃烧表面的反应热达到300kJ/kg时,则大体上与压力无关,HMX的燃烧速度依赖于从气相向燃烧表面的热反馈和燃烧表面的反应热。     

HMX含量对HTPB复合固体推进剂微波衰减的影响

研究了HMX含量对HTPB复合固体推进剂微波衰减的影响。实验结果表明:含HMX的HTPB复合固体推进剂的微波衰减随HMX含量的增加而增加,HMX含量由5%增加到50%时,HTPB复合固体推进剂的微波衰减增加了约1倍。     

GAP推进剂的燃烧

为了解高能叠氮聚合物的燃烧速率机理,对GAP(聚叠氮缩水甘油醚)推进剂的燃烧和分解过程作了研究.GAP推进剂的特点是在分子结构中附有-N_3官能团,燃烧试验结果表明:即使单位质量GAP推进剂所含的能量相对较低,GAP推进剂的燃速也较高;而且其燃速很大程度上依赖于初始温度和GAP推进剂中的混合浓度.AGP推进剂的燃速随着单位质量的GAP推进剂中-N_3官能团浓度的增加而增加.从GAP燃烧火焰结构的热分布试验和热化学试验中可发现,燃烧表面放出的热量比由热气流反馈到燃烧表面的热量大得多,GAP的初始分解是由-GH_2-N=N_2分子结构中键断裂生成-C≡N N_2引起的.该分解反应具有高达685kJ/mol的放出热,由此可得,所观察到的高燃速是由燃烧表面的热分解反应引起的.     

氧化剂和团聚硼粒度对富燃料推进剂燃速特性的影响

考察了细AP和团聚硼含量对含硼富燃料推进剂燃速特性的影响.结果表明,随细AP含量和团聚硼含量的增大,推进剂燃速增加,燃速压强指数也呈增加趋势.同时,以BDP模型为基础,将硼粒度对推进剂燃速特性的影响引入燃速表达式,表达式表明细AP和团聚硼有利于提高氧化剂的燃烧表面积在燃面上的比例,从而有利于提高推进剂的燃速.     

AMMO系推进剂的燃烧

探讨了 AMMO(叠氮甲基-3′甲基氧杂环丁烷)的热分解和燃烧特性。实验证明AMMO 的热分解过程分为两步,第一步为叠氮基放出氮的放热反应;第二步为第一步的反应残渣不放热的分解反应。AMMO 是一种具有自燃性的物质,其燃速较低,仅为GAP 推进剂的50％,并与双基推进剂相同,而且对压力的敏感度也与双基推进剂相同。燃烧波温度分布的测量结果证明,由气相向燃烧表面的热反馈量随着压力上升而增加,燃烧表面温度和燃烧表面附近的放热量随压力的增加而减少。     

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。     

催化剂对含细粒度HMX的硝胺推进剂高低压燃烧特性的影响

用水下声发射法测试推进剂药条不同压强下的燃速,按维也里公式r=bpn计算某压强段的压强指数,研究了催化剂辛基二茂铁(T27)、炭黑(C)和铬酸铅(Pr)不同含量及其复合使用对含细粒度HMX的硝胺推进剂高低压燃烧性能影响。结果表明,随着T27含量的提高,推进剂燃速相应提高,T27降低高压段压强指数,在低压段反而增大;C、Pr对推进剂的高压燃速影响不明显;随着C含量的增加,低压段压强指数降低,高压段先增加后降低,降低效果非常明显;Pr使低压段压强指数稍有降低,高压段压强指数反而升高;T27、C、Pr催化剂复合使用对高低压燃速无协同效应,对降低低压段压强指数无协同效应,在对降低高压段压强指数,具有协同效应,高压段压强指数可降低为0.359 9。     

热辐射对复合推进剂燃速的影响

本文介绍以 CO_2激光器为辐射热源来研究在1.0,2.0,3.0,4.0MPa 压力下热辐射对四种复合推进剂燃速的影响.实验结果表明,燃速随着辐射热流的增加而增加;在恒辐射热流的作用下,PU 和 HTPB 推进剂在有、无热辐射时的燃速比随压力的变化趋势是不同的,前者随压力上升而增大,后者则减小;Al 粉的加入不改变上述趋势,但改变燃速比的大小.文中还运用 GDF 燃速模型。研究了药条燃速在有、无热辐射时的相关性及其随压力的变化关系.     

HMX的燃烧模型与燃烧化学

本文根据Ben Reuven和Caveny的工作,给出了HMX的燃烧模型。提出了两种燃烧化学以供选择。为了求得凝聚相和复杂程度不等的三种气相模型收敛解,作了若干简化假设。根据本文的计算结果断定,HMX的燃烧过程是由气相分解反应控制的;单纯使用催化法,难于大幅度提高燃速。为了计算方便,可以在守恒方程中不计质量扩散,但除了个别场合,一般来说,能量扩散不能忽略。     

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     

镁铝富燃料推进剂燃烧性能研究

为了研究镁铝富燃料推进剂燃烧性能,采用捏合机混合物料、真空浇注、恒温固化的方法制备推进剂试样,用靶线法测试推进剂燃速(0.5~2.0 MPa),用Vieille经验公式r=apn计算压强指数。研究表明,细粒度AP含量增加,燃速逐渐增加,而压强指数先升高后降低。采用复合催化剂GFP/Fe2O3可同时提高燃速和压强指数。当催化剂质量含量为5%时,改变GFP/Fe2O3比对推进剂的燃速及压强指数的影响与氧化剂AP级配有关。对于细粒度AP含量高的配方,GFP/Fe2O3对燃速和压强指数影响较大。金属含量对燃速影响较大,对压强指数影响很小。而Mg/Al比对燃速和压强指数影响都很小。随着氧化剂中KP含量增大,燃速呈下降趋势,压强指数先升高后下降。     

纳米NdCoO3对小球粘接高燃速推进剂燃烧性能的影响

采用盐助溶液燃烧法制备了平均粒径为10 nm、分散性良好的钙钛矿型纳米NdCoO3。用DSC考察了不同质量分数的纳米NdCoO3对AP和双基粘接剂热分解的影响,研究了纳米NdCoO3对小球粘接高燃速推进剂燃烧的催化作用。结果表明,随纳米NdCoO3催化剂质量分数的增加,催化效率先增大后减小,在质量分数为3%时催化效率最佳,此时AP高温分解峰温大幅降低,双基粘接剂的分解峰温也得到降低,二者的表观分解热增大。同时,对应的小球粘接高燃速推进剂燃速较高,压强指数较低。     

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%。     

团聚硼对富燃料推进剂燃烧性能的影响

考察了不同粒度、不同包覆剂的团聚硼对含硼富燃料推进剂燃烧性能的影响。结果表明,随团聚硼颗粒粒度的增大,推进剂的燃速增加,低压可燃极限降低,但燃速压强指数呈下降的趋势;包覆材料AP、L iF有利于提高推进剂的燃速,降低低压可燃极限,但不利于提高燃速压强指数。