四唑类盐的制备及其在固体推进剂中的应用初探

合成了5-苯基四唑、5-亚甲基二四唑，并通过元素分析及质谱方法对其进行了分析鉴定，制备了其铜、铅、锶盐；对3种金属盐在改性双基推进剂配方中的应用进行了探索性研究。初步研究表明，四唑类的金属盐类可以作为复合改性双基推进剂(CMDB)的含能燃烧催化剂。     

稀土化合物对硅橡胶包覆材料粘接性能影响的研究

研究了氧化镧、草酸铈和铬酸镧三种稀土化合物对双组分缩合型室温硫化(RTV)硅橡胶包覆材料粘接性能的影响。发现稀土化合物确实能提高硅橡胶与刷涂底漆的HMX—CMDB推进剂或Al—RDX—CMDB推进剂之间的粘接强度,并且硅橡胶与HMX—CMDB推进剂粘接的剪切破坏形式为硅橡胶本身的内聚破坏。     

组分对CMDB推进剂抗过载性能的影响

应用于炮射导弹的发动机推进剂药柱在其发射期间承受几千甚至上万g的高过载,对推进剂的抗高过载性能提出了要求。根据3种配方CMDB推进剂20℃下的宽应变率单轴压缩实验,分析了固体填料含量对CMDB推进剂屈服应力的影响,并建立了3种配方CMDB推进剂Prony本构模型;通过有限元仿真软件建立了某一管型药柱的高过载模型并进行数值计算,对比了3种CMDB推进剂在高过载下力学响应的差异和抗过载性能的优劣。结果表明,3种推进剂配方在同一载荷工况下具有相同的最大应力,同一应变率下屈服应力大的推进剂配方抗过载性能更好;对于20℃的应用温度,CMDB推进剂最大抗过载幅值随固体填料增加呈现先增加、后减小的趋势,CMDB推进剂配方存在一个最佳固体填料含量,使得抗过载性能最好。     

压力和DNTF含量对DNTF-CMDB推进剂热分解动力学的影响

用高压差示扫描量热(PDSC)、热重等热(TG-DTG)分析技术,研究了不同压力和DNTF含量对4种DNTF-CMDB推进剂热分解行为及动力学的影响。结果表明,DNTF含量对CMDB推进剂的热分解特征量有明显影响,分解热ΔHd与ΔT的比值(ΔHd/ΔT)随DNTF加入量的增加而下降,同时DNTF的加入也影响PDSC和DTG的峰形。高压下DNTF-CMDB推进剂的活化能均较常压小,高压使初始分解的反应速率常数提高,且随DNTF含量增加,活化能逐渐增大,分解初始阶段反应速率常数减小,6 MPa下的结果与燃速随DNTF含量增加呈下降的趋势相一致。     

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。     

含DAATO_(3.5)的CMDB推进剂的制备及性能研究

为考察N-氧化3’3-偶氮双(6-氨基-1,2,4,5-四嗪)(DAATO_(3.5))在CMDB推进剂制备工艺中的适用性,采用无溶剂压伸工艺和於浆浇铸工艺对DAATO_(3.5)的工艺适用性进行了考察,制备了相应的CMDB推进剂样品。采用燃速试验、爆热试验、撞击感度试验、静电火花感度试验、爆发点试验、甲基紫试验、真空安定性试验等方法对含DAATO_(3.5)的CMDB推进剂的燃烧性能、能量性能、安全性能进行了系统研究。制备工艺试验表明,DAATO_(3.5)可安全的适用于无溶剂压伸工艺和於浆浇注工艺进行制备。性能测试结果表明,用DAATO_(3.5)取代原配方中的RDX(HMX),可明显提高推进剂的燃速,并保持燃速压强指数基本不变;随着配方中DAATO_(3.5)含量的增加,推进剂的爆热出现一定程度的降低;推进剂的撞击感度、静电火花感度及爆发点、甲基紫试验、真空安定性等热感度均出现一定程度的升高。     

双基火箭推进剂的物理老化

在-40℃～+60℃温度范围内研究了老化对三种双基推进剂力学性能的影响。在60℃左右,主要是化学现象改变了硝化棉的性质。在-40～+20℃主要是类似于无定形聚合物的物理老化观象。把推进剂简单加热到60℃,物理老化的影响就大部分消除。从60℃骤冷,18小时内,双基推进剂在20℃的硬度等温地增加约30％。推进剂老化速率会因机械加载显著地增加。双基推进剂物理老化现象的深入研究可能导出一种使推进剂力学性能复原的方法。     

改性双基推进剂代用料的研制

以典型改性双基推进剂配方为基础,对高能液体炸药组分A(GY)、固体炸药组分B(GG)的惰性替代物进行了选择分析,确定了其代用料的主要组分为硝化棉(NC)、惰性增塑剂(DZ-1)及惰性固体填料(YT-1).分别从增塑剂的溶解能力、固体填料含量及溶棉比三方面研究了其对改性双基推进剂代用料流动性的影响.研究表明,上述三方面因...     

纳米Co粉在NC基高分子体系中的分散性

为了提高纳米Co粉在含能粘合剂中的分散均匀性,并改善改性双基推进剂的综合性能,对纳米Co粉在以硝化棉(NC)为粘合剂的改性双基推进剂中的分散方法进行了研究。先将化学法制备的纳米Co粉通过超声波分散方法预分散到乙醇和乙酸乙酯的混合溶剂中,然后采用微胶囊分散工艺将2.0%～3.0%的纳米Co粉分散到以NC为粘合剂的双基推进剂基体中,得到粒径为5～15μm的球形颗粒。用光学显微镜和TEM研究了纳米Co粉在推进剂基体中的分散状态。研究表明,先采用超声波将Co粉预分散到有机溶剂中,再采用微胶囊工艺可将Co粉完全分散到以NC为粘合剂的双基推进剂基体中。     

复合双基推进剂的力学性能与弹道性能研究

在以端羟基预聚物与异氰酸酯和硝化纤维素(NC)为基的圆柱型药粒(BG)所组成的复合双基(CDB)推进剂中,粘合剂与异氰酸酯的当量比对于推进剂的力学性能影响很大。虽然作为改善力学性能的粘合剂含量增加会对双基推进剂的平台特征有些不良影响,但是当粘合剂含量控制在一定范围内,则可获得压力指数低于0.2以下的低压力指数CDB推进剂。之外,由于硝胺对CDB推进剂的压力指数影响较小,所以有可能使CDB推进剂实现高比冲化。     

高低温对推进剂装药抗高过载能力影响研究

固体推进剂作为典型的粘弹性材料,其力学行为具有很强的温度依赖性,不同的发射初温下装药抗过载能力存在差异。基于50℃高温和-40℃低温条件下某改性双基(CMDB)推进剂宽应变率下的单轴压缩试验,从材料性能的率相关性角度确立了50℃和-40℃条件下CMDB推进剂的本构模型和强度判据。基于宽应变率的Prony本构模型,对某端燃柱型装药进行有限元分析,通过应力场和应变率场的耦合分析,分别确立了高低温条件下装药最大抗过载幅值。结果表明,该型装药在50℃高温条件下抗过载极限约为16 000g;在-40℃低温条件下的抗过载极限为14 000g。     

HTPB推进剂的老化及使用寿命

为了进行老化评价研究,选择和研制了三种不同固体含量的(88～91%)端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂。已经证实,88%固体含量的HTPB推进剂符合以前提出的老化模型。这种老化模型已成功地进一步用于较高固体含量的推进剂以及其它计划用的HTPB推进剂的实测力学性能老化数据。采用这种老化模型,根据加速热老化试验数据予测了长期力学性能,予测数据与六年实测老化数据相当一致。利用予测的推进剂破坏性能,结合火箭发动机的要求,来确定予先选定安全裕度的发动机药柱的使用寿命。本文列出了各种复合推进剂老化速率的比较数据。根据老化结果的分析,提出了一个宽范围老化行为的数学表达式。     

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。     

纤维素甘油醚硝酸酯在双基推进剂中的应用

纤维素甘油醚硝酸酯NGEC是一种改性硝化棉,以NGEC为粘合剂代替NC,采用传统的无溶剂法制备了NGEC基改性双基推进剂。研究了以NGEC为粘合剂的改性双基推进剂的力学、燃烧和弹道性能及燃烧波结构。结果表明,NGEC具有较好的热塑性,NGEC基改性双基推进剂加工性能优良,其低温-40℃延伸率可达相同配方NC基改性双基推进剂的1.5倍以上,其推进剂弹道性能稳定,燃烧性能和燃烧波结构与NC基推进剂相似。因此,NGEC作为含能粘合剂代替NC,可用于改善改性双基推进剂性能的研究。     

固体火箭推进剂——西欧发展情况

详细介绍西欧各国研制固体火箭推进剂的情况及其进展.对双基推进剂,包括浇注双基推进剂、压伸双基推进剂、复合改性浇注双基推进剂和复合推进剂,以及一些粘合剂的特性和发展分别作了叙述.探讨在固体推进剂中加入硼粉后性能的改进以及所带来的问题.今后固体推进剂发展的重点将是:提高总固体含量,进一步提高燃速,改进药柱的力学性能,降低温度敏感系数,以及降低推进剂成本.     

冲击载荷下CMDB推进剂断裂性能实验研究

高过载冲击载荷下,固体推进剂出现断裂行为是影响箭弹发动机装药结构完整性的重要原因之一。采用霍普金森实验技术(SHPB),对CMDB推进剂进行了冲击断裂实验。运用实验-仿真的方法,将实验数据直接输入仿真模型中,验证了实验条件下试件满足动态平衡前提假设,获得了推进剂的I型动态起裂韧性;利用扫描电镜设备(SEM),对推进剂断面形貌进行了观察和讨论。结果表明,CMDB推进剂动态起裂韧性在60 000~100 000 MPa·m1/2/s加载率范围内表现出明显的线性率敏感特性,并在加载率达到100 000 MPa·m1/2/s后出现极值3.96 MPa·m1/2;CMDB推进剂在高过载条件下表现出明显的脆性起裂特性以及动态起裂韧性存在率敏感性,直接与应力波对基体和AP颗粒损伤程度相关。     

含DNTF改性双基推进剂的晶析

采用扫描电镜研究了影响含DNTF改性双基推进剂晶析的因素,并对抑制晶析的方法进行了探索。结果表明,随配方中DNTF含量增加,推进剂表面的晶析量先增加、后减少。随配方中溶棉比的降低,推进剂表面的晶析量减少。以NG和以三乙二醇二硝酸酯(TEGDN)为溶剂时,推进剂均会出现明显的晶析现象。采用3%NC的丙酮溶液涂覆,可明显减少晶析量;在推进剂配方中,加入少量聚合物BA可完全抑制晶析。     

碳纳米管在双基推进剂中的分散技术

为了改善双基推进剂的综合性能,拟将碳纳米管(CNTs)引入到双基药体系中,而其分散的均匀性可能影响添加效果,因此针对CNTs的分散方法进行了研究.首先将提纯处理后的CNTs经过高剪切力机械分散和超声波分散方法在溶剂中预分散,然后按0.25%～4%的添加量采用微胶囊分散工艺和溶剂法捏合工艺将CNTs分散到双基推进剂基体中...     

浇铸法生产的复合双基固体推进剂系统

本文叙述通过改变推进剂基本组份可改变复合双基固体推进剂的性能。无论变化怎样,都可使用相同的生产工艺和相同的加工设备。通过高燃速复合双基推进剂,以及排气中无氯化氢的复合双基推进剂和气体发生器所用的复合双基推进剂三个例子说明了这些推进剂系统的性能。     

双基固体推进剂的特性研究

在不同温度和应变率下,对双基固体推进剂试件进行了单轴拉伸试验。提出了一种针对双基推进剂屈服值的判断方法,应用一元回归数理统计方法对双基推进剂力学性能数据进行了分析。结果表明,双基推进剂力学性能与温度和应变率具有明显的相关性,在233.15 K下近似为脆性材料,而在288.15 K和323.15 K下呈现明显的塑性流动。针对双基推进剂不同受载情况,提出了与推进剂屈服值相关的强度准则,以便为双基推进剂药柱设计及结构完整性分析奠定基础。