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。     

HTPB推进剂用季铵盐高效降速剂研究

低燃速、高比冲端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂是先进固体火箭发动机发展的重要方向,针对HTPB推进剂用传统降速剂的降速效率不高,且容易造成推进剂能量损失等问题,设计合成了以NF₂SO₃^-、CF₃SO₃^-、BF₄^-、ClO₄^-为阴离子的含有长链烷基的新型季铵盐降速剂。对这些降速剂进行了SEM和DSC表征、燃速测试及量子化学计算,研究了它们抑制高氯酸铵(AP)分解和降低HTPB推进剂燃速的作用规律,探讨了高氯酸根季铵盐的降速机理。结果表明,这些季铵盐降速剂对AP的热分解均具有一定的抑制作用,与添加相同含量(1%)草酸铵的推进剂燃烧性能相比,它们的降速幅度提升均超过4.5%,降速效果最好的BPE-1524CD的降速幅度提升达到10.43%;在相同燃速条件下,添加BPE-1524CD降速剂的推进剂燃烧残渣比添加草酸铵的降低了50%,比冲提高了10～20 N·s/kg;三种高氯酸...     

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。     

固体组分含量对GAP/CL-20推进剂燃烧性能的影响

利用水下声发射法测试静态燃速、线性回归法计算燃速压强指数,研究了GAP/CL-20高能固体推进剂中的固含量,固体组分AP/CL-20、CL-20/Al、Al/AP相对含量等配方组成因素对其燃烧性能的影响。结果表明,固含量在一定范围内升高,使燃速和燃速压强指数均升高;AP/CL-20中AP、CL-20/Al中CL-20含量的增加,均使燃速升高,而燃速压强指数下降;Al/AP中Al含量的增加,使推进剂的燃速下降,而燃速压强指数升高。最后,对GAP/CL-20高能固体推进剂燃速的主导机制进行了简单分析。     

低燃速丁羟固体推进剂能量特性研究

采用最小自由能原理对低燃速丁羟推进剂进行了能量特性计算研究，总结了草酸铵含量、燃烧室压强等因素对推进剂能量性能的影响规律，确定了新的低燃速推进剂配方，并用Φ３１５标准试验发动机实测结果进行了对比。     

低燃速HTPB复合推进剂过载情况下燃烧性能试验研究

利用固体火箭发动机离心试验方法,研究了低燃速(4 mm/s,4 MPa)、高铝粉含量的HTPB复合推进剂在过载情况下的燃烧加速度敏感性。试验分2组进行,第1组试验发动机平均工作压强为4 MPa,第2组为12 MPa,分别在0、5gn、8gn、15gn离心加速度条件下进行试验。通过对试验机理和试验数据分析发现,此类HTPB复合推进剂的燃速对过载加速度非常敏感。在较低加速度情况下,垂直于加速度的燃面处燃速出现了增加;同一压强(4 MPa)下,在0~15gn范围内,燃速与加速度近似呈线性关系。     

单室双推力固体火箭发动机用NEPE低燃速推进剂的燃烧性能

开展了AP含量、粒度和HMX粒度、胺类化合物、有机化合物RTA和RTJ对推进剂燃烧性能的影响研究,并对RTJ/RTA组合催化剂在推进剂中的作用机理进行了初步分析。结果表明,配方中加入RTJ/RTA组合催化剂,实现了降低4、17.5 MPa燃速的同时降低低压段、高压段压强指数,通过DSC研究表明,RTJ/RTA对AP的分解有抑制作用。通过合理调节AP/HMX的相对含量、AP粒度和HMX的粒度以及采用RTJ/RTA组合催化剂,得到了固体含量为80%的低燃速配方。     

二茂铁功能化SBA-15的制备及其对AP／HTPB固体复合推进剂燃烧催化作用研究

二茂铁(Fc)及其衍生物是AP/HTPB固体复合推进剂的有效燃速催化剂,但在推进剂中的迁移始终是其应用的最大障碍。将二茂铁通过缩合反应接枝到介孔材料SBA-15的表面,制备了一种低迁移催化剂Fc-SBA-15。X射线衍射和N2吸附-脱附实验表明,Fc均匀致密地固定在了SBA-15的内外表面,Fc的负载没有对SBA-15的介孔结构造成破坏。改进的迁移性实验表明,制备的Fc-SBA-15复合材料是一种低迁移的催化剂。Fc-SBA-15对AP的热分解与AP/HTPB推进剂的燃烧具有较好的催化效果,添加2%的Fc-SBA-15使AP的高温热分解峰温度降低64℃,使AP/HTPB固体复合推进剂的燃速提高43%,压强指数下降30%。     

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。     

HTPB推进剂高压燃烧特性研究(英文)

对HTPB三组元和四组元推进剂在2~20 MPa平均压强范围内的燃烧特性进行了实验研究。结果表明,三组元推进剂可在20 MPa以下稳定工作;压强一旦超过20 MPa,燃速压强指数将趋近于1,发动机将无法正常工作。四组元推进剂在2~20 MPa压强范围内的燃速压强指数实测在0.3左右,满足发动机使用要求。四组元推进剂稳定燃烧的最高压强临界值达到34 MPa。研究结果对超高压强固体发动机工程研制具有一定的指导意义。     

GAP/CL-20高能固体推进剂燃烧性能影响因素

采用水下声发射法测试了推进剂静态燃速,用线性回归法计算了推进剂燃速压强指数;研究了GAP/CL-20高能固体推进剂中增塑比及固体组分AP、CL-20、Al粉粒度等配方组成因素对燃烧性能的影响。研究结果表明,增塑比一定范围内的变化不会对推进剂燃烧性能产生显著影响,其燃速和燃速压强指数基本不变;CL-20粒度减小或AP粒度增加均会导致燃速不同程度的降低,Al粒度减小也会使燃速减小,但在达到一定程度后,燃速又增加;推进剂燃速压强指数随CL-20、Al粉粒度减小和AP粒度增加而减小,并对其燃烧性能的影响机制进行了简单分析。     

纳米Ni／CNTs对AP／HTPB推进剂热分解及燃烧性能的影响

采用化学液相沉淀法制备了纳米Ni/CNTs复合催化剂,用SEM、XRD、XPS对纳米Ni/CNTs的形貌、微观结构、组成进行了表征,采用DSC研究了其对AP和AP/HTPB推进剂热分解的催化性能,并考察了纳米Ni/CNTs对AP/HTPB推进剂燃速和压强指数的影响.结果表明,纳米Ni能够均匀包覆在CNTs表面,纳米Ni/CNTs可显著降低AP及AP/HTPB推进剂的热分解峰峰温,使AP及AP/HTPB的总表观分解热明显增大,并能有效提高AP/HTPB推进剂的燃速和降低其压强指数.相同量的纳米Ni/CNTs、纳米Ni和纯CNTs进行对比,纳米Ni/CNTs具有更好的催化性能,表现出较好的正协同催化效应.     

GAP微烟推进剂的燃烧性能影响因素研究

通过配方组分对GAP推进剂燃烧性能影响的分析,确定了影响GAP微烟推进剂燃烧性能的主要因素,并在此基础上研究了推进剂燃烧性能的变化规律,通过选择合适的增塑剂、调整AP和HMX的相对含量及AP粒度级配,可使推进剂基础配方静态燃速在6 MPa下达到10.5～12.0 mm/s,3～10 MPa下静态压强指数可降至0.40以下。     

推进剂铝粉含量对固体发动机温度敏感系数的影响

用一种多分散的含铝固体推进剂的燃烧模型来确定具有单峰氧化剂分布的AP/Al/HTPB 推进剂的发动机温度敏感系数.铝粉含量在(0～20)%(质量百分比)之间变化,推进剂燃面与喷管喉面之比为250～500.结果表明,推进剂铝粉含量对发动机温度敏感系数的影响与发动机的燃喉面积比 K_H 有关.通常,增加燃喉面积比,发动机温度敏感系增至某一最大值,然后随发动机燃喉面积比的增加而减小.燃速系数和压强指数随初温和铝粉含量的变化,对发动机温度敏感系数有明显影响。而特征速度对温度敏感系数影响不大,但常常是增加的。     

PEPA/AP膏体推进剂配方研究

开展了PEPA／AP型膏体推进剂配方研究。结果表明，PEPA／AP膏体推进剂的流变行为遵循Ostwalld幂定律，通过增稠剂种类和含量的改变可有效调节膏体推进剂的流变参数，增调剂NJ－4可使膏体推进剂具有良好的稳定性并保持稳定的流动性。燃烧调节剂FC－1能有效改善配方的点火和燃烧性能，拓宽了燃速范围（6．86MPa下，燃速15mm/s指高到15mm/s以上），显著降低了燃速压强指数（2．94－8．83MPa下，压强指数由0．71降至0．4）。     

两种含铝复合推进剂压强耦合响应的实验对比

基于T型燃烧器双脉冲外部激励的方法,对2种含铝HTPB复合固体推进剂开展对比实验研究,分析比较其压强耦合响应特性的差异。在7 MPa条件下成功地开展了4次试验,获得了2种推进剂在T型燃烧器中的衰减常数和燃面增益常数。结果表明,由于推进剂配方中AP粒径分布存在差异,这2种推进剂的压强耦合响应常数存在差别。其中小粒径AP含量较多的推进剂更易产生不稳定燃烧现象。这一实验现象与发动机真实工作情况的表现是一致的。2种推进剂的凝相燃烧产物在发动机中的行为也表现出较大差异。     

某单室双推力发动机串联装药固体推进剂界面力学性能分析

为解决某单室双推力发动机串联装药两级固体推进剂界面力学性能差的问题,通过热力学理论计算,采用优选燃速调节剂,优化匹配两级推进剂的固体物级配、键合剂组合、增塑比、固化参数(NCO/OH摩尔比或R)等方法优化推进剂配方,对试样进行力学性能测试,并分析了各助剂对推进剂界面力学性能的影响。结果表明,在70℃,拉伸速率2 mm/min条件下,抗拉强度σ_m≥0.6 MPa,最大延伸率ε_m≥45%;在-50℃,拉伸速率100 mm/min条件下,σ_m≥3.0 MPa,ε_m≥45%。所研制的高固含量、高能量密度两级推进剂的界面力学性能优良,解决了单室双推力发动机现有串联装填药型、能量和燃速不同的推进剂界面力学性能偏低的问题。     

AP-CMDB推进剂燃速压强指数的变化分析与辨识

采用燃烧模型分析了AP-CMDB推进剂的燃速压强指数与推进剂配方组成和火箭发动机燃烧室压强之间的耦合关系．指出了该推进剂的燃速压强指数随AP颗粒和双基母体的燃速差而变化,对于确定配方组成的AP-CMDB推进剂,则该指数将主要随压强而变化,且近似呈对数关系。采用C-K法对特定配方进行了压强指数辨识,辨识结果能够较准确地预示脉冲推力器的内弹道性能。     

变推力发动机用高压强指数GAP推进剂的燃烧性能研究

为了获得变推力发动机用高压强指数聚叠氮缩水甘油醚(GAP)推进剂配方,采用靶线法研究了氧化剂的种类、粒径及配比、燃速催化剂的种类及含量、以及增塑比对GAP推进剂静态燃烧性能的影响规律,采用?118标准试验发动机对GAP推进剂进行了动态燃烧性能测试。研究表明,通过综合因素调节获得了一种高压强指数GAP推进剂配方,且当燃速催化剂RC-4含量1%时,GAP推进剂在1～15 MPa范围的动态压强指数高达0.66,满足变推力发动机对推进剂压强指数的要求,同时高压区间(9～15 MPa)的动态压强指数为0.51,低于1～15 MPa的压强指数,这有利于推进剂在高压范围内的稳定燃烧,为变推力发动机在高压范围内的正常工作提供依据。     

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。