固体推进剂铝粉燃烧特性及机理研究进展分析

铝粉在推进剂燃烧表面上会发生团聚凝结,对推进剂燃烧性能及固体火箭发动机的绝热层和喷管烧蚀等性能造成重大影响。文章综述了固体推进剂中铝粉燃烧方面的最新研究进展,主要包括铝粉点火及燃烧机理、凝聚相燃烧产物特性、影响因素及改善铝粉燃烧效率等方面的研究进展。铝粉表面特性、推进剂的微观结构和燃烧气氛环境等是影响铝粉燃烧的主要因素;采用控制铝粉粒径分布、铝粉包覆和多元合金等手段,可有效提高推进剂中铝粉的燃烧效率。     

铝粉表面分子自组装对铝粉/聚醚胶片力学性能的影响

将自组装单分子膜（SAMs）技术应用于铝粉表面改性。设计并合成出DZ系列两官能团自组装分子，对铝粉表面进行改性处理，制备铝粉／聚醚胶片，测试了其力学性能，实验发现所采用的表面改性技术能有效地改善铝粉／聚醚胶片的力学性能，表面处理时间、温度、改性分子结构、溶液性质（浓度、pH、溶剂类别）等因素都能影响铝粉表面改性效果，从而影响聚醚胶片力学性能。     

铝粉粒径对高铝含量富燃料推进剂一次燃烧性能的影响

通过改变铝粉粒径大小制作高铝含量推进剂,在此基础上进行热分析试验、爆热测试以及燃速测试,分析总结了铝粉粒径大小对推进剂一次燃烧性能的影响。推进剂各组分相同时,热分析结果表明,推进剂凝相反应程度相近,铝粉粒径大小对推进剂凝相反应没有明显影响;爆热测试和燃速测试表明,超细铝粉可显著改善推进剂燃烧性能,提高燃速和爆热、降低压强指数,减少燃烧产物结块、改善产物分散性;同时,超细铝粉由于自身小尺寸优势在推进剂的燃烧过程中更多地参与了气相反应,提高了推进剂气相放热量。通过以上实验分析得出,铝粉主要参与推进剂气相反应,铝粉粒径大小对推进剂气相反应影响较大。     

纳米铝粉在复合推进剂中的应用

考察了不同类型纳米铝粉的能量性能及热氧化特性。结果表明,纳米铝粉的活性铝含量低于普通铝粉,随活性铝含量的降低,纳米铝粉的燃烧热值降低;纳米铝粉呈现出与普通铝粉截然不同的热氧化特性。同时,研究了纳米铝粉对复合推进剂的燃烧性能与能量性能的影响,结果表明,纳米铝粉可提高推进剂的燃速和降低压强指数,有利于改善推进剂的燃烧性能,但纳米铝粉的低活性铝含量导致推进剂的爆热值降低。     

比冲损失的分析和实验测定(综述)

发动机实际比冲的预计,是一个急待解决的问题。对比冲效率影响最大的因素来自两个方面。一方面来自推进剂;其中铝粉的燃烧效率,以及燃烧生成的Al_2O_3粒子对比冲有很大影响。另一方面来自喷管结构,其几何形状及壁面附面层状态也对比冲有很大影响。美国Hercules 公司和Thiokol 公司拟制了一套比冲损失的分析计算方法,考虑了除铝粉燃烧效率以外的几项主要损失。其中尤以两相流的损失和扩散损失为最大。对于推进剂含铝量在18～19%以下,工作压力不太低、燃气停留时间在20毫秒以上的发动机,这一方法是适用的。理论比冲预计值与实测值相差约为0.6%对于含铝量较大的推进剂或燃气停留时间较短的发动机,铝粉燃烧效率可能成为影响比冲效率的重要因素。对于多级火箭的顶级发动机往往需要考虑这一问题。但是目前关于铝粉在发动机流场中燃烧的规律性还认识不足,理论研究工作还不能提供有力的设计准则,需要做进一步的工作。本文综合介绍了有关的几篇国外资料,供有关人员参考。     

球形铝粉对低燃速丁羟推进剂燃烧特性的影响研究

采用推进剂静态燃烧性能测试和实验发动机动态实验等方法，研究了球形铝粉替代大量吕粉后推进剂燃速特性的变化情况。研究发现，含球形铝粉推进剂的燃速压强指数明显高于含非球形铝粉推进剂，而且含球形铝粉推进剂的低压燃速显著降低。经过对铝粉燃烧过程的研究，讨论了球形铝粉和非球形铝粉对推进剂燃烧过程的影响，并初步解释了含球形铝粉推进剂低压燃烧的下降原因。     

1^#铝粉用于中燃速丁羟固体推进剂的研究

研究并考察了1~#及3~#铝粉对中燃速丁羟固体推进剂性能的影响。研究结果表明,通过球形AP级配调整,采用1~#铝粉代替3~#铝粉,不仅降低了推进剂成本,保持了3~#铝粉推进剂的良好性能,而且使常温延伸率提高5%左右。     

球形铝粉对低燃速丁羟推进剂燃烧特性的影响

采用静态燃烧性能测试和实验发动机动态实验等方法。研究了球形铝粉替代非球形铝 后推进剂燃速特性的变化。研究发现，含球形铝粉推进剂的低压燃烧速显著降低，而燃速压强指数明显高于含非球形铝粉推进剂，讨论了球形和非球形铝粉对推进剂燃烧过程的影响，并初步解释了含球形铝粉推进剂低压燃速的下降原因。     

高活性铝粉燃烧热测试及其影响因素分析

为对高活性铝粉的燃烧热进行准确可靠的测量,使用氧弹量热仪,采用GAP作为助剂,通过多次实验研究了助剂种类及添加比例、充气气氛及压力等测试条件对铝粉燃烧热测试结果的影响,确定了最佳的实验测试参数,并采用助剂法测定了50、100、200 nm铝粉的燃烧热。结果表明,使用GAP作为助剂,选择1∶4(质量比)混合制样,在O_2气氛充气压力1.5 MPa条件下,高活性铝粉具有最高的燃烧效率,且随着高活性铝粉粒度的增大,其燃烧热值减小,燃烧效率降低。     

HTPB推进剂中石墨烯包覆铝粉的燃烧和团聚行为

采用热分析法、静态燃速测试、标准发动机燃速测试、爆热测试、高速摄像等手段,对比研究了石墨烯包覆铝粉取代相同规格铝粉后HTPB推进剂的热分解特性、燃烧特性及燃烧过程。结果表明,石墨烯包覆铝粉加入后使AP低、高温分解峰分别推迟7℃和22℃,抑制了AP分解,导致推进剂燃速有所降低。石墨烯包覆铝粉对丁羟推进剂团聚的影响具有两面性,一方面推进剂在石墨烯的导热作用下,石墨烯包覆铝粉燃烧更加充分,从而改善了这部分Al-G复合物的团聚。另一方面铝颗粒的燃面滞留时间延长和熔化程度增加,燃烧产生大粒径团聚物,从而导致石墨烯对改善丁羟推进剂铝粉燃烧效率不明显。     

丁羟推进剂定载破坏试验探索研究

研究了丁羟推进剂在定载荷下断裂所需时间与推进剂本身抗拉强度的关系，并且给出了环境温度和湿度，试件大小，形状和制作方法对推进剂断裂所需时间的影响，为固体火箭发动机药柱设计提供了参考数据。     

键合剂与粘合剂的匹配性研究

运用单向拉伸和扫描电镜表征了TEA、BAG—7、BAG—22及BAG—24等多种键合剂在HTPB和784两种粘合剂推进剂中的效能;采用化学分析、红外分析、差热分析等手段,研究了HTPB和784两种粘合剂对键合剂效能的影响。结果表明,键合剂的效能与键合剂和粘合剂的互溶性、粘合剂的链段结构、粘合剂的活性基团和固化剂的反应速度及它们的相互作用等方面,有强烈的相关性。     

端羟基聚丁二烯的表征和规格化研究方法

在讨论端羟基聚丁二烯(HTPB)基本表征项目及其分析测试方法的基础上,给出了HTPB规格化研究的一般原则和通用性程序.     

恢复吸湿丁羟推进剂试件性能的研究

阐述了环境湿度对高、中、低燃速丁羟推进剂试件力学性能和药条燃速测结果的影响及其规律；给出了恢复吸湿试件性能的处理方法。     

丁羟推进剂配方燃速调节及成本分析

介绍了一种调节丁羟推进剂配方燃速并降低生成成本的方法，即固定细ＡＰ和２７含量，降低球形ＡＰ的质量平均直径，使中燃速丁推进剂燃速提高达到预定值。     

扩链剂对HTPB/IPDI聚氨酯反应流变性和微观结构的影响

借鉴橡胶硫化反应的测定方法,采用无转子硫化试验机对不同扩链剂HTPB/IPDI系聚氨酯的扩链反应过程进行了流变学分析,利用AFM考察了材料的微观结构.结果表明,不同反应活性的扩链剂导致了HTPB/IPDI系聚氨酯反应流变性的极大差异,1,4-丁二醇扩链反应t100为13 046 s,3,3'-二乙基-4,4'-二苯基甲烷二胺需要3 958 s反应完全,脂肪族二胺D-230凝胶非常快,仅758 s完全固化.提出聚氨酯软/硬段的热力学不相容性、反应流变性及链段的运动能力是决定聚氨酯微观结构的3个因素的观点,并通过3种聚氨酯不同微观结构形成因素的分析验证了该观点的正确性.     

高氯酸铵／硝胺推进剂冲击感度研究

对高氯酸铵/硝胺推进剂冲击感度的研究结果表明,在丁羟推进剂中加入黑索今(RDX),可使其冲击感度增大,但RDX加入量增大,则其冲击感度增大的幅度却逐渐下降。研究还表明铝粉对推进剂的冲击感度也有影响。     

复合固体推进剂振动浇注实验研究及应用

采用振动浇注技术克服了复合固体推进剂在真空花板浇注过程出现的缺陷，并对６种高粘度丁羟推进剂配方进行了浇注实验研究，给出适用的振动频率和加速度范围。该浇注技术已应用于小型发动机装药生产中，成品率达到１００％。     

丁羟胶片的老化研究

研究了丁羟胶片(HTPB)在储存老化过程中,储存温度、储存时间及不同类型的防老剂对丁羟胶片储存老化性能的影响。胶片的老化性能是以抗拉强度、断裂延伸率、邵氏硬度、交联密度及热分解动力学参数等为判据的。