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。     

乙烯基二茂铁丁二烯共聚物燃速催化剂

本文介绍了乙烯基二茂铁和丁二烯共聚物及其制备方法。该共聚物可作为燃速催化剂,并提供一种在固体推进剂中引入并保持高浓度催化剂的方法,因为,这种含铁催化剂的共聚物可用作粘合剂以部分取代固体推进剂中常用的粘合剂。本文还介绍了用此共聚物作为粘合剂的取代物和燃速催化剂的一种典型固体推进剂配方。     

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。     

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%。     

国外二茂铁燃速催化剂研究的新进展

本文综述二茂铁类燃速催化剂研究的最新进展,着重介绍几种引人注目的常用或新发展的燃速催化剂.文中还涉及这类催化剂的挥发性和对 AP 及推进剂热分解催化作用的研究.最后,预示了这类催化剂今后的发展趋势.     

国内外复合固体推进剂燃速催化剂研究进展

综述了20世纪90年代前后复合固体推进剂燃速催化剂国内外研究进展情况,并重点介绍了近年来出现的纳米燃速催化剂及其对推进剂燃烧性能的影响。能产生协同效应的纳米复合型催化剂是目前的研究重点。集能量、键合、无烟、增塑、粘合功能的多功能燃速催化剂也成为复合固体推进剂燃速催化剂发展的重要方向。     

国外含能材料研究的新进展

介绍当前国外含能材料及固体推进剂研究的一些新进展。支化的缩水甘油叠氮聚醚（Ｂ－ＧＡＰ），含能热塑性弹性体及硝酸酯乙基硝胺类化合物（ＮＥＮＡ）的研究正受到关注。卡托辛和巴得辛之类二茂铁衍生物是固体推进剂的高效燃速催化剂，氢化端羟基聚戊二烯能改善推进剂的储存性能，热稳定性和易损性。     

高燃速固体推进剂用的新型预聚物

二茂铁、烷基二茂铁及其他一些二茂铁衍生物已被广泛用作复合固体推进剂的燃速催化剂,但是在贮存时这些化合物会有从推进剂内向外迁移的缺点,因而使火箭发动机的弹道性能严重恶化.本文作者合成出一些含有二茂铁基团的新功能预聚物,它们是用有机硅二茂铁衍生物Fc-R-SiH(CH_3)_2(其中R为烷基或苯基)与低分子量端羟基聚了二烯(含20%1、2加成和80%1、4不饱和度)通过氢硅化反应而接技上去的,这些新型预聚物命名为BUTACENES.这些预聚物同固体推进剂中通常用作燃速催化剂的其他一些二茂铁衍生物相比,对提高燃速来说,至少具有同样的效果.工作开始阶段,对相当于丁羟预聚物中C-C双键(1、2顺 1、4和反 1、4结构)的模型化合物与作为二茂铁硅烷的二甲基苯代硅烷进行大量的反应试验,这些反应用氯铂酸六水合物(H_2PtCl_6·6H_2O)的异丙醇溶液进行催化,通过对这些化合物的氢硅化反应动力学研究,证明了1、2双键的活性远远大于1、4双键.这个结论对二甲基苯代硅烷与端羟基聚丁二烯的加成反应来说,也是适用的.而这种加成反应不会影响端羟官能团.此后,合成出许多含Si-H键的有机硅二茂铁衍生物.还研究了各种参数对氢硅化反应速率和产率的影响,包括温度、溶剂性质、催化剂性质和反应条件.反应动力学数据是用红外光谱图进行核对     

丁羟高燃速配方应用研究

某课题丁羟燃速推进剂配方进行了多批次实验。实验证明：不同的二茂铁燃速催化剂对配方燃速催化效果有很大的不同，卡托辛作为高燃配方的燃速催化剂其催化能力明显高于叔丁基二茂铁；细AP粒度的微小变化对配方燃速、力学、工艺必能及催化效果影响很大，只有严格地控制好细AP粒度，才能有效地调节出性能稳定的高燃速配方。     

用于高燃速固体推进剂的新官能团预聚物

二茂铁、烷基二茂铁和其他二茂铁衍生物广泛用作复合固体推近剂的燃速催化剂。在推进剂贮存期间,这些化合物有向推进剂表面迁移的倾向,因此会严重降低火箭发动机的弹道性能。有机硅二茂铁衍生物FC—R—SiH(CH_3)_2(R为烷基或苯基)通过硅氢烷化反应把二茂铁基接枝到低分子量端羟基聚丁二烯(HTPB,20% 1,2—双键,80% 1,4—双键)的C=C双键上,合成出新官能团预聚物(取名为Butacene)。这些化合物对燃速的催化能力,至少等于通常的二茂铁衍生物。这项工作开始时,用一些分子模拟化合物和二甲基苯基硅烷做了大量试验研究,前者模拟HTPB中的C=C双键(1,2—,顺—1,4—和反—1,4—双键),后者模拟二茂铁硅烷。用六水合氯铂酸(H_2PtCl_6·6H_2O)的异丙醇溶液作催化剂。这些化合物的硅氢烷化反应动力学的研究,证明了1,2—双键的反应活性比1,4—双键大得多。这个结论与二甲基苯基硅烷和HTPB的加成反应得出的结果相同,硅氢烷化反应并不改变端羟基的功能。此后,合成了多种含Si—H键的有机硅二茂铁衍生物。研究了温度、溶剂性质、催化剂性质和反应条件等各种参数对硅氢烷化反应速率和产率的影响。用红外光谱检验了反应动力学,用~1H核磁共振和火焰光谱法测量了预聚物中的铁含量。预聚物的结构用~1H和~(13)C核磁共振法进行鉴定。从这项研究中可以清楚地看出,Fc(CH_2)_4SiH(CH_3)_2的试验结果最好,它能与全部的1,2—双键反应,从而制得铁含量为10%的预聚物。此外,它的玻璃化温度能满足固体推进剂使用要求。用Butacene预聚物制备的复合推进剂,其燃速特性与使用一般的二茂铁增塑剂的推进剂相同。因为二茂铁基联在预聚物上,不能迁移,这是一个很大的优点,因此,这种推进剂具有良好的老化性能。     

膏体推进剂和固体推进剂药浆稳态燃烧研究

在固体推进剂ＢＤＰ燃烧模型基础上，引入膏体推进剂燃烧效应这一新参数将模型推广于膏体推进剂和固体推进剂药浆燃烧研究，模型考虑了氧化剂粒度分布，组分配比，催化剂性有和膏体推进剂燃烧热效应等对燃速的影响，以及药浆固化有前后燃速差别，还有靶线法测量了某批次复合推进剂药浆固化前后燃速变化，论文结果可用于膏体推进剂的配方和性能预测，以及利用药浆燃速预示固化后推进剂燃速，监控固体推进剂制造质量。     

硝胺丁羟推进剂高、低压燃烧性能研究

通过几种燃速调节剂对含奥克托金（HMX）的丁羟橡胶复合推进剂高，低压的燃烧性能影响实验研究，结果表明，二茂铁衍生物（T27）能有效调节推进剂燃速和降低高，低压段的压强指数，复合燃速调节剂（T27＋CB），并可消除高压段出现的燃速突变现象，该结果可为单室双推力发动机推进剂燃速设计提参考。     

电场效应提高固体推进剂的燃速

本发明阐述了一种提高含有金属丝和/或金属片等的固体推进剂燃速的方法.将推进剂药柱与二个电极相连,通上直流电后,由于产生电场效应而提高了该推进剂的燃速.本方法对含有在靠近发动机壁和芯棒表面处呈定向排列的金属丝和/或金属片等的推进剂燃速的不均匀性提供了一种补偿方法.     

复合推进剂燃烧性能与组分热分解特性的关系实验研究

应用常压和高压差热分析技术研究了催化剂对推进剂组分热分解的影响,测定了催化剂共晶和混合加入时相应推进剂的燃速,分析了热分析与推进剂燃烧过程的异同点,引入高氯酸铵(AP)高温分解起始温度(T_(L-H))的概念并以T_(L-H)衡量了催化剂共晶加入时对丁羟推进剂燃速和压力指数的影响.研究表明,AP高温分解过程对复合推进剂燃烧特性影响较大;热分析与燃速相关性和催化剂加入方式有关;共晶催化剂作用下的复合推进剂燃速特性与氧化剂高温分解有密切关系;压强是影响推进剂燃速和热分解相关性的重要因素,高压下AP高温分解过程和变化能更大程度地反映到推进剂燃速中去。本文同时对产生上述现象的原因作了分析。     

TMO对铝镁贫氧推进剂低压燃烧性能影响

研究了过渡金属氧化物（TMO）及其复配物对非壅塞固体火箭冲压发动机铝镁贫氧推进剂燃烧特性的影响。研究发现，氧化铁对提高铝镁贫氧推进剂燃速的作用显著。过渡金属氧化物组合（氧化钴／氧化铬和氧化铜／氧化铬）对提高铝镁贫氧推进剂的燃速催化作用显著，且含组合催化剂（氧化钴／氧化铬、氧化铜／氧化铬和氧化铁／氧化铜）的盆氧推进剂具有高的燃速压强指数。     

降低NEPE推进剂燃速压强指数研究

研究了两种新型含铅燃速催化剂（ｃｔ２０３－１，ｃｔ２０３－２）对ＮＥＰＥ推进剂燃速压强指数的影响，采用小配方实验和ＤＳＣ研究了两种催化剂与硝酸酯的相容性以及对推进剂固化反应的影响和对ＲＤＸ热分解的催化作用，并利用恒压静态燃速仪测量试了推进剂在４－１１ＭＰａ下的燃烧速度和燃速压强指数。结果表明峡谷种催化剂都表现出与硝酸酯良好的相容性，对推进剂的固化反应有明显的催化作用，对ＲＤＸ的热分解行为则基本没有     

催化剂对含细粒度HMX的硝胺推进剂高低压燃烧特性的影响

用水下声发射法测试推进剂药条不同压强下的燃速,按维也里公式r=bpn计算某压强段的压强指数,研究了催化剂辛基二茂铁(T27)、炭黑(C)和铬酸铅(Pr)不同含量及其复合使用对含细粒度HMX的硝胺推进剂高低压燃烧性能影响。结果表明,随着T27含量的提高,推进剂燃速相应提高,T27降低高压段压强指数,在低压段反而增大;C、Pr对推进剂的高压燃速影响不明显;随着C含量的增加,低压段压强指数降低,高压段先增加后降低,降低效果非常明显;Pr使低压段压强指数稍有降低,高压段压强指数反而升高;T27、C、Pr催化剂复合使用对高低压燃速无协同效应,对降低低压段压强指数无协同效应,在对降低高压段压强指数,具有协同效应,高压段压强指数可降低为0.359 9。     

固体火箭发动机水下应用时的燃速特性分析

火箭发动机内真实的推进剂燃速往往由于高温高压难以测量。为探讨燃速对于工况的依赖性．对水下应用的固体火箭发动机试验器的试验结果用最小二乘法进行了辨识。引用三种燃速公式进行辨识,得到了一种新型推进剂稳态燃速模型参数的最优辨识值。结果表明：指数式的辨识结果得到的残差最小,指数式是描述该新型推进剂燃速规律的合理格式。     

价电子分形燃烧模型在高能固体推进剂中的应用

在价电子燃烧模型的基础上引进分形理论,提出复合固体推进剂的价电子分形燃烧模型,在此基础上进行了高能固体推进剂燃速和压强指数的模拟计算,研究了固体填料粒径和压力对燃速的影响规律。结果表明,价电子分形燃烧模型适用于高能固体推进剂的燃烧性能计算,燃速及压强指数模拟计算结果与测试结果吻合较好,大部分误差在±10%范围以内。     

透明窗发动机测试系统的应用

本文介绍了透明窗发动机测试系统,及其作为推进剂燃烧性能和绝热材料烧蚀性能研究实验装置的应用情况,例如测定氧化剂粒度对复合固体推进剂侵蚀燃烧的影响,高燃速无铝(少铝)推进剂的瞬态燃速及燃烧稳定性,热幅射对复合推进剂燃速的影响,以及燃速相关性研究的测试,绝热层烧蚀率的实验测试等,文中还展望了它的更为广阔的应用前景。