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。     

超细铝粉在Ap／HTPB推进剂中的燃烧研究

研究了1.25μm和小于1μm的超细铝粉分别在Ap/HTPB系列推进剂中的燃烧特性,并与30μm的粗铝粉进行比较。认为超细铝粉在推进剂燃面上存在着凝聚和直接点火两种现象,这两种现象受氧化剂粒度、含量和种类的限制。实验结果表明,在某些配方中超细铝粉的燃烧性能明显优于粗铝粉,在以粗Ap为主的丁羟推进剂中合理使用超细铝粉,可以改善推进剂的燃烧性能,提高推进剂燃速,降低压强指数。本研究对于改善推进剂燃烧效率有很重要的现实意义。     

含氟有机物对含铝固体推进剂燃烧特性的影响

为抑制高铝含量固体推进剂燃烧产物的团聚,研究铝含量为18%、含有机氟化物(OF)的固体推进剂不同燃烧区域中铝粒子燃烧的特性。利用高速摄影系统研究熔铝粒子在推进剂燃面的团聚过程;通过对推进剂燃烧火焰特定位置的低温淬熄,获得终止燃烧的含铝固体粒子,并进行形貌和成分分析;使用动态粒径测试系统、激光粒度仪分别对推进剂燃烧火焰区及最终固体燃烧产物的粒子尺寸进行了表征。结果表明,有机氟化物产生的气态氟化烃可抑制熔铝粒子在燃烧表面的团聚,可使推进剂火焰中燃铝粒子的尺寸降低约50%,固体燃烧产物中大尺寸(D≥10μm)颗粒的体积分数下降约74.2%。燃烧性能测试结果表明,有机氟化物使推进剂的爆热及理论火焰温度分别下降9.5%和8.8%,燃速也发生了降低。     

含纳米金属粉的推进剂点火实验及燃烧性能研究

利用CO2激光点火系统对含有纳米铝粉和纳米镍粉的AP／HTPB推进剂进行激光点火实验,测量了推进剂在不同激光功率和压强下的点火延迟时间,对推进剂的燃速、常压点火温度和爆热也进行了测量。同时,利用氧化还原滴定法测定燃烧残渣中活性铝含量。结果表明,纳米铝粉(n—Al)的点火阀值比普通铝粉(g-A1)的点火阀值小几个数量级,加入纳米铝粉可有效地缩短推进剂点火延迟时间。而在纳米镍粉为催化剂的协同作用下,推进剂燃速明显提高,点火延迟时间也大大减少,Al在推进剂燃烧过程中的燃烧效率得以提高,同时燃烧残渣中活性铝含量也明显降低。     

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。     

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。     

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。     

丁羟推进剂侵蚀燃烧实验研究

本文研究配方中铝含量不同、催化剂含量和种类不同、燃烧表面粗糙度不同,以及无侵蚀的燃速不同时,丁羟推进剂的侵蚀燃烧特性.试验结果表明,凡是能使推进剂无侵蚀的燃速提高的措施,均可减轻推进剂的侵蚀燃烧,如果无侵蚀燃速相同,燃面粗糙度越大,侵蚀越严重.     

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.     

细高氯酸铵（AP）贮存时间对中燃速丁羟推进剂燃速的影响

采用推进剂静态燃速测试和细高氯酸铵粒度测试等方法，研究了细高氯酸铵贮存时间对中燃速丁羟推进剂与细高氯酸铵粒度的影响。研究发现：在一定时间内，中燃速丁羟推进剂的燃速与细高氯酸氨贮存时间存在线性关系；在配方中，细高氯酸铵的含量不同，其贮存时间对中燃速丁羟推进剂燃速的影响也不同；细高氯酸铵贮存时间对中燃速丁烃推进剂燃速的影响主要是因为细高氯酸争粒度的变化。     

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。     

含铁催化剂应用丁羟推进剂研究

通过测试正丁基二茂铁、叔丁基二茂铁、二茂铁接枝丁羟等三种不同含铁燃速催化剂催化的丁羟推进剂的燃速，应用数理统计分析和拟合二阶方程变换等数学方法，比较了催化剂对推进剂燃烧性能的影响，结果表明：添加含铁催化剂后，药条燃速的样本方差增大，中高燃速推进剂的燃速公差控制难度增大；用拟合二阶方程的变换式可以比较不同含铁催化剂的表观催化效率。DSC的试验结果表明：含铁催化剂促使AP的高温分解峰向低温方向移动，同时增大了推进剂的表观分解热，催化气相反应是它提高推进剂燃速的主要原因。     

过载下丁羟推进剂压强耦合响应试验研究

主要研究在轴向过载下丁羟推进剂的压强耦合响应,基于双脉冲外部激励的方法,建立了T型燃烧器旋转过载试验系统,开展了丁羟推进剂在0g、5g、15g轴向载荷下的压强耦合响应试验研究,获得了丁羟推进剂在T型燃烧室中的燃面增益常数。试验结果表明,轴向过载值越大,T型燃烧器平均工作压强越低,包覆套筒里凝相残渣质量越多,分析认为过载下铝粉在药面过度聚集使得铝粉未充分燃烧,导致丁羟推进剂能量没有充分释放;随着轴向加速度的增加,T型燃烧器燃面增益常数和凝相粒子浓度减小,从而造成阻尼效果明显减弱。     

白刚玉对微烟推进剂燃烧性能的影响

微烟推进剂不能含有铝粉,故必须加入其他燃烧稳定剂来抑制不稳定燃烧。本文提出了燃烧稳定剂选择的关键性指标——粒度及粒度分布的可控性,认为磨料微粉白刚玉(Al_2O_3)是微烟推进剂比较合适的燃烧稳定剂新品种,进而研究了白刚玉粒度、含量对推进剂燃速、压强指数和燃烧稳定性影响的规律性,探讨了燃烧前后白刚玉粒度变化的趋势,并由实测火焰结构证实,该推进剂与双基推进剂火焰结构相似,从而为该类推进剂选择催化剂提供了理论依据.     

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。     

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。     

高能推进剂主要组分对燃烧效率影响研究

利用燃烧残渣中活性铝含量分析、真空爆热特性和发动机试验手段，研究了高能推进剂中主要组分对推进剂燃烧效率的影响。实验结果表明，增塑剂的种类和含量是影响燃烧效率的主要因素，ＡＰ含量及固体组分的粒度级配也有明显的影响。ＢＳＦХ７５发动机试车结果表明，铝粉粒度级配的改变，可以使高能推进剂比冲效率由０．８８提高到０．９２。     

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。     

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。     

碳硼烷衍生物在高燃速丁羟固体推进剂中的应用研究

针对高燃速推进剂的发展需求,筛选出一种成本较低的二茂铁型碳硼烷衍生物TPT-01,研究了其作为燃速催化剂对高燃速丁羟(HTPB)固体推进剂工艺性能、燃烧性能、安全性能的影响及迁移性情况。结果表明,添加6%TPT-01的HTPB推进剂药浆粘度较低,工艺性能良好;HTPB推进剂药浆及成品药安全性能良好;HTPB推进剂6.86 MPa下燃速由24.2 mm/s提高至49.6 mm/s, 6.86～15 MPa的静态燃速压强指数为0.330;此外,TPT-01在HTPB推进剂中的迁移性低于辛基二茂铁,有利于HTPB推进剂的燃烧稳定性和界面粘接性能;相较于辛基二茂铁和正己基碳硼烷NHC物理掺混使用,TPT-01是一种效果更好的燃速催化剂。