镁基水反应金属燃料的热分解性能

采用热重-差热分析联用(TG-DTA)、差示扫描量热(DSC)、加压热重(PTG)等热分析方法,研究了镁基水反应金属燃料热分解反应的基本特性及其变化规律。研究发现,燃料热分解过程中先后发生AP分解反应、HTPB分解反应,氩气中不发生Mg的氧化反应;添加催化剂、减小AP粒度、增大氧化剂与粘合剂比例、增大细Mg粉含量等,可以降低燃料中AP的分解温度T,减小表观活化能Ea,增大反应速率常数k;减小AP粒度、增大氧化剂与粘合剂比例可以降低燃料中HTPB的分解温度,减小表观活化能Ea,增大反应速率常数k;随着压强增大,AP与HTPB分解失重速率增大、AP失重百分数增大、燃料热分解凝聚相产物质量百分数减少,压强对AP分解影响较大,对HTPB分解影响较小。     

储氢合金/AP/HTPB推进剂燃烧性能研究

制备了Al/AP/HTPB推进剂和储氢合金/AP/HTPB推进剂,并对它们进行了DSC,PDSC,爆热和燃速测试.DSC和PDSC测试结果表明,储氢合金对AP/HTPB推进剂的凝聚相反应有催化作用,在0.1MPa和5MPa下,使其凝聚相主分解温度分别降低21.67℃和15.67℃,凝聚相反应热分别提高105.97％和21.87％;爆热测试结果表明,储氢合金对AP/HTPB推进剂的气相反应有催化作用,使气相反应热提高4.74％;燃速结果表明,储氢合金可以提高AP/HTPB推进剂的燃速.进一步研究表明,A1/AP/HTPB推进剂和储氢合金/AP/HTPB推进剂的燃速与爆热存在一定的相关性.总结出了燃速-爆热关系式.     

AP/HTPB推进剂组分热分解特性及其匹配关系对推进剂燃速的影响

本文应用差示扫描量热——热重(DSC—TG)技术研究了TMO(过渡金属氧化物)对过氯酸铵(AP)、端羟基聚丁二烯(HTPB)固化胶片热分解反应动力学参数(如活化能E、反应温度T、反应速度常数K、以及热分解速率等)的影响.测定了AP/HTPB/TMO推进剂的燃速.考察了组分热分解动力学参数与推进剂燃速的关系.结果表明,TMO对AP热分解特性和推进剂燃速的影响不是等效的,TMO对HTPB固化胶片的热分解基本无催化作用.由凝聚相燃烧模型进行理论分析发现,若要推进剂维持稳态燃烧,则氧化剂的热分解速率(r_(ox))、热着火延迟时间(t_(ign))与粘合剂的热分解速率(r_f)之间必须具备一定的匹配关系:rox(1-t_(ign)/t)/r_f≤1.推进剂试样的中止燃烧电镜照片验证了这一理论分析的正确性.     

提高HTPB推进剂贮存寿命技术途径

以HTPB推进剂应保留值与贮存时间之间的理论关系为依据，研究了氧化剂AP的含量、分解分数、低温分解反应速率常数及HTPB粘合剂体系的氧化反应速率常数对HTPB推进剂贮存寿命的影响，结果表明，氧化剂AP的含量变化对HTPB贮存寿命的影响不大，降低氧化剂AP低温下的最大分解分数和低温分解反应速率常数以及HTPB粘合剂体系氧化反应速率常数均能显著地提高HTPB推进剂的贮存寿命。     

铅盐在HMX推进剂中催化作用的研究

本文考察了五种铅盐对HMX/AP/Al/HTPB推进剂凝聚相反应、气相反应和燃速的催化作用.实验结果表明,HMX/AP/Al/HTPB推进剂的燃速主要受气相反应速度控制;本研究所选用的铅的化合物在该推进剂系统中的主要催化部位不同.     

燃速调节剂对RDX/AP/HTPB推进剂热分解的影响

利用高压差示扫描量热法（DSC）研究了含不同燃速调节剂（亚铬酸铜、草酸铵、碳纤维）的RDX／AP／HTPB推进剂热分解性能，研究发现，调速剂对推进剂燃速的影响与其对推进剂主要组分（RDX、AP和HTPB）峰温、推进剂初始放热量的影响密切相关，燃烧催化剂亚铬酸铜和碳纤维使RDX，AP的分解峰温降低，使推进剂的初始分解阶段放热量增大，分解放热峰增多，故导致推进剂燃速增加，而草酸铵使RDX的分解峰温升高，使推进剂的初始分解阶段放热量降低，所以导致推进剂燃速降低。     

纳米金属和复合金属粉对AP/HTPB推进剂热分解的影响

用热分析法(DTA)研究了纳米金属和复合金属粉(Cu,N i,A l,N iCu,N iCuB,N iB)对AP/HTPB推进剂热分解的影响。结果表明,纳米金属和复合金属粉对HTPB推进剂的热分解具有明显的催化作用。纳米铜粉使AP/HTPB推进剂的低温和高温热分解温度分别降低了51.6℃和33.6℃,DTA表观分解热增大为3.7kJ.g-1,催化效果十分显著。纳米铜粉和含铜的纳米复合金属粉(N iCu和N iCuB)的催化效果强于其他纳米金属粉。纳米金属粉主要通过催化AP/HTPB推进剂中AP的热分解,表现出对HTPB推进剂具有较好的催化效果。     

HTPB推进剂热力耦合老化力学性能研究

为了研究预应变对复合固体推进剂老化性能的影响,针对HTPB复合固体推进剂开展了70℃热力耦合加速老化试验,通过单轴拉伸力学性能测试及拉伸断面扫描电镜试验研究了不同预应变作用下HTPB推进剂的老化性能。结果表明:在试验预应变范围内(≤15%),无论预应变水平多大,随老化时间的延长,粘合剂基体的氧化交联反应是HTPB推进剂的主要老化机理;在相同老化时间,预应变对HTPB推进剂力学性能的影响存在一个损伤阈值,当预应变超过该阈值时,拉伸断面中AP颗粒/粘合剂基体界面“脱湿”及粘合剂基体撕裂损伤现象明显。     

振动载荷对定应变HTPB推进剂力学性能影响

为了研究振动载荷对定应变HTPB推进剂力学性能的影响,通过60℃和70℃温度下HTPB推进剂10%定应变振动试验,采用单向拉伸法和扫描电镜观测法,对定应变HTPB推进剂在振动载荷作用下的宏观力学性能变化规律和细观损伤模式进行了研究。结果表明:定应变状态下振动载荷的作用使HTPB推进剂的抗拉强度减小(最大值超过5%),最大延伸率增大(最大值超过15%);老化初期振动载荷对高氯酸铵(AP)颗粒脱湿发展影响较小,当定应变状态下推进剂中的AP颗粒脱湿到一定程度时,振动载荷的作用会促进AP颗粒脱湿,降低固体颗粒的模量增强作用。     

复合固体推进剂燃速温度敏感系数的模拟计算

本文根据“价电子反应”稳态燃烧模型和模拟计算方法,模拟计算了AP粒径、粒径分布宽度,AL含量、AL粒径以及压力对“AP/AL/HTPB/催化剂”系列推进剂的燃速温度敏感系数σp的影响规律,结果同文献[4]所综合或分析预测的结果一致.可以认为:初温对凝聚相反应的影响是主要的;AP粒径越大,σp越高;AP粒径分布宽度对σp有显著影响;铝含量增加,σp略有降低,压力升高,σp降低.     

过渡金属氧化物催化作用的表征

本文系统地研究了TMO(过渡金属氧化物)对AP热分解性能和AP/AI/HTPB推进剂燃速的催化作用.结果发现,TMO对AP热分解反应和AP/AI/HTPB推进剂燃速的催化作用是一致的.文中指出了与AP热分解反应和AP/AI/HTPB推进剂燃速同时有关的表征参数,为采用热分析实验预估含铝推进剂的燃速奠定了基础.     

NEPE推进剂的热分解(Ⅰ)粘合剂的热分解

利用快速热裂解原位反应池（气体原位反应池）／快速扫描傅里叶变换红外光谱（RSFT－IR）和固体原位反应池／RSFT－IR联用装置，实时测定了NEPE推进剂粘合剂气相及凝聚相热裂解产物，研究获得了在线性升温条件下NEPE推进剂粘合剂的热分解特征，并讨论了其热分解机理。     

催化剂及加入方法对HTPB复合推进剂燃烧性能的影响

通过热重分析(TG),差热分析(DTA)、高压差热分析(HPDTA),对三种催化剂(亚铬酸铜C,C、铜的有机络合物TP和铜、铬、铅盐的混合物TX)、催化剂和胶的混合物、催化剂和高氯酸铵(AP)的混合物、催化剂与AP的共同结晶物(简称共晶)的热解特性进行了研究.还对配方相同,仅催化剂加入方法不同的HTPB推进剂及不同部位、不同方法加入催化剂的AP-HTPB夹心件作了燃速测试.实验研究的结果表明:三种催化剂对AP的凝相放热反应均有加速催化作用:在AP结晶中加入催化剂的催化效率高于以混合方法加入催化剂的催化效率,进而对其机理作了探讨.     

AP/HTPB复合推进剂微尺度燃烧模型及数值分析

为了研究AP/HTPB复合推进剂微尺度燃烧与流动特性,建立了二维三明治结构的稳态燃烧模型。该模型考虑了气相火焰热反馈与固相组分热传导之间的耦合,通过对气相求解完整的N-S方程组,获得了AP/HTPB的燃速与微尺度燃烧场各物理量的分布特性。结果表明,随着环境压力升高,燃烧火焰由预混结构逐渐发展为扩散结构;压力越高,火焰热释放及其对燃面的热反馈越强,燃面的温度与燃速越高,燃速的计算结果与实验结果吻合较好;AP/HTPB交界点附近气体组分发生强烈的扩散反应,侧向速度对燃烧与流动有显著影响。      

过氯酸铵含量对丁羟推进剂老化性能的影响

本文研究了HTPB/AP推进剂中过氯酸铵(AP)含量对丁羟推进剂老化性能的影响。实验是在90℃的空气中进行的,老化性能以推进剂的拉伸性能、邵氏硬度、失重％、燃烧速度等项目为判据。实验结果表明:随着老化时间的增长,推进剂的最大强度增加;最大强度下的伸长率减小;邵氏硬度增加;失重％有缓慢的增多;而燃烧速度少量降低。推进剂中氧化剂AP含量的增多,或多或少有减轻推进剂性能老化变化的趋势,因而对HTPB推进剂老化性能的提高是有益处的。 本文对老化期间HTPB推进剂失重％所显现出来的特殊情况,作了理论上的解释。     

纳米NiO/CNTs复合粒子的制备及其对AP和AP/HTPB热分解的影响

以碳纳米管(CNTs)为载体,采用化学沉淀法制备了不同摩尔比的NiO/CNTs复合粒子,采用透射电子显微镜、X-ray衍射仪、扫描电子显微镜、X射线能谱、比表面积分析仪等表征手段对产物的结构进行了表征,并用差示扫描量热仪研究了NiO/CNTs复合粒子对AP及AP/HTPB推进剂热分解的催化作用。结果表明:NiO/CNTs复合粒子结晶好、包覆均匀、比表面积大。NiO/CNTs(nNiO:nCNTs=1:4)复合粒子可使AP和AP/HTPB推进剂的高温分解峰温分别降低了92.24℃和42.2℃,使总表观分解热分别增加了1 086 J/g和730 J/g,表现出显著的催化性能,其催化性能明显优于纯纳米NiO和纯CNTs。碳纳米管的独特结构和载体支撑作用是NiO/CNTs复合粒子的催化性能强于纳米NiO的主要原因。     

不同状态HTPB推进剂动态冲击损伤研究

针对HTPB推进剂长期服役中面临动态冲击的风险,以未老化、热老化和湿热老化三种不同状态HTPB推进剂为研究对象,研究动态冲击条件下HTPB推进剂损伤情况,采用细观检测设备(SEM,CT),以分形维数相结合的方式,定性和定量分析了损伤情况。研究结果表明,未老化和热老化HTPB推进剂动态冲击后,内部的损伤主要表现为颗粒穿晶断裂和破裂、基体与颗粒的界面损伤、基体撕裂、孔隙率增大等,经分析表明冲击时应力集中区易于在AP颗粒内部和颗粒/基体界面产生。而湿热老化HTPB推进剂在动态损伤后,表现为基体与颗粒的界面"脱湿"、基体撕裂和少量的颗粒断裂,冲击时应力集中区主要在颗粒/基体界面产生。采用分形维数对冲击后的损伤情况进行定量表达,损伤情况的严重程度由高到低依次是热老化、未老化和湿热老化,温度越低应变率越高,损伤越严重,同等实验条件下湿热老化的分形维数比未老化的情况减小了0.13%～4.82%,而热老化后的分形维数比未老化的情况提高了11.8%～15.0%。     

AP/HTPB复合推进剂低压燃烧特性数值研究

为研究AP/HTPB复合推进剂低压燃烧特性,使用二维三明治模型进行了数值仿真研究。该模型使用简化的四步总包反应机理,考虑燃烧过程中的燃面退移,计算时大粒径AP取平均粒径,小粒径AP采用“均质黏合剂假设”,认为其与HTPB组成“均质黏合剂”。在0.02MPa-0.08MPa的压强下进行了仿真,并与高压（5MPa）下的燃烧仿真进行对比。结果表明,低压下固相AP对黏合剂的传热导致了交界面处燃面的下陷,下陷程度随压强减小而增大;随着燃烧的进行燃面各点燃速趋于一致,燃面形状不再改变。低压下气相反应表现为预混燃烧,初焰为主导反应。低压下燃速仿真与实验值基本一致,压强指数小于高压下的压强指数。     

HMX推进剂的燃烧不稳定性

用一套串接式可变面T-形燃烧器对HMX复合推进剂作了不稳定燃烧的实验研究.为了求得其相对稳定性,分别测定了当推进剂中的HMX,Al及AP等组分含量不同时对压力耦合不稳定燃烧的影响,并与一般双基推进剂(双石-2)不稳定燃烧特性进行的试验比较,在一维不稳定燃烧的理论基础上进行了分析和数据处理.最后得出结果:当HMX,Al及AP的含量分别在20至40%,5至15%和40至75%范围内,振荡频率为200至1500Hz时,HMX/AP/HTPB推进剂的燃烧稳定性与HTPB/AP/Al和双石-2相比最差.     

AP/HTPB推进剂凝聚相反应对燃速的影响

W.G.Schmidt[1]和K.Kishore等人[2、3]从推进剂实际燃烧过程发生在气相,而推进剂组分相对又不挥发的观点出发,得出在固相中必定要先发生一系列产生气态产物的凝聚相反应的结论。由于气相反应比凝聚相反应快得多,因而得出凝聚相反应是推进剂燃烧过程的主要控制步骤。