低铝低燃速HTPB推进剂工艺性能研究

为研究固体填料粒度级配及工艺助剂对低铝低燃速HTPB推进剂工艺性能的影响，依据固体颗粒堆积最密集排列理论，建立了固体颗粒级配模型，结合固体填料实际粒径，计算得到两种理想刚性球的堆积结果，并在此基础上考察了不同级配配方药浆流动性及触变性。同时，通过筛选工艺助剂种类及优化最适助剂用量，对比了加入不同工艺助剂配方药浆的触变性。结果表明：当采用双二级配模型，计算出的固体颗粒级配比例最优；通过进一步优化固体颗粒级配，结合药浆触变环大小快速判定了推进剂固体级配的合理性，提高了低铝低燃速HTPB推进剂配方工艺性能的可设计性；当工艺助剂选用SU-2，且用量为0.03%时，推进剂工艺性能明显改善，适用期可达596min。     

在高燃速推进剂中粗颗粒铝粉的作用

本文用50μm铝粉作复合固体推进剂金属燃料,与大量超细氧化剂(AP)组成合理级配,改善了药浆流变特性,有利于提高燃速。50μm铝粉的推进剂药条的燃速及φ118发动机推进剂的燃速比相应的填加30μm铝粉的高2～3mm/s。讨论了50μm铝粉对推进剂工艺和燃速所起的作用。     

颗粒级配优化研究——滚动级配法

提出了一个颗粒级配优化新理论——滚动级配法。揭示了宽广级配范围内,在相同配方系和相等颗粒比表面条件下粘度最低的级配规律。用这一理论指导配方设计时,不仅药浆工艺性能最好而且有较宽的配方“自由度”以满足弹道和力学性能的要求。本研究全部实验结果表明:凡是符合滚动级配法的推进剂配方,其药浆粘度最低;反之,粘度就大。认为“最紧密排列理论”是滚动级配法的特例。     

复合固体推进剂性能的一个转折点

复合固体推进剂其结构可视为有机液体粘合剂和无机固体填料两部分组成。其固体填料的重量百分数已达八十以上。所以固钵填料的含量,颗粒级配,颗粒形状及颗粒的表面性质将对装药工艺和推进剂药柱性能产生很大影响。本文通过对固体氧化剂颗粒的性质研究,并对氧化剂颗粒对药浆流变性、力学性能和燃烧性能影响的资料作了初步分析发现:在氧化剂颗粒临界直径附近处,各项性能存在着一个转折点。我们可以利用这个转折点来进行配方设计,调节配方性能的依据。对该转折点的认识,将有利于进一步开展性能研究和预测,对转折点存在的机理也有待于进一步探讨。     

含铝复合固体推进剂的燃烧模拟计算

本文以我们提出的AP/HTPB推进剂的稳态燃烧模型为基础,对多级配AP/Al/HTPB推进剂的燃速和压力指数进行了模拟计算,并对铝粒径、铝含量对燃速和压力指数的作用规律及其机理作了说明。计算结果和实验符合得很好,相对误差小于10％的达90％以上,能满足定量予估的要求。      

含铝固体燃料冲压发动机工作性能分析

为探究含铝固体燃料冲压发动机的燃烧特性和工作性能，基于纳米铝颗粒和端羟基聚丁二烯（HTPB）的混合固体燃料，采用雷诺转捩模型、颗粒表面反应模型和涡概念耗散模型，建立了二维两相湍流燃烧模型；数值计算分析了含铝固体燃料冲压发动机内流场，以及不同含铝质量分数和粒径下的燃面退移速率、推力与比冲。结果表明：发动机的进气条件对颗粒相的燃烧与运动起主导作用；与纯HTPB推进剂相比，添加质量分数为5%的铝颗粒能够提高补燃室压强和温度，增大燃烧室内高温区面积，可使推进剂平均燃面退移速率提高18.53%，发动机推力提高21.37%，密度比冲提高2.38%，适当增加铝颗粒含量或减小粒径，对提高推进剂燃面退移速率、发动机推力和密度比冲具有积极作用。     

硝胺/高氯酸铵/丁羟推进剂高压燃烧特性

研究了低铝含量(5％)的NA(硝胺)／AP／HTPB推进剂高压(15MPa～22MPa)燃烧特性。结果表明：二茂铁衍生物(RMT)能大幅提高推进剂燃速和降低高压燃速压强指数。随着RDX含量(15％～35％)增加，推进剂燃速基本不变；而HMX(15％～30％)含量增加，燃速呈降低趋势。提高配方中RMT含量、细AP的含量或采用RMT，铬酸盐组合催化剂的方法都可将NA／AP／HTPB推进剂高压压强指数降低到0．45以下。     

高速旋转固体发动机低燃速推进剂燃速性能的研究

本文研究了推进剂的降速剂种类及其含量、氧化剂粒度和粒度分布,以及发动机的旋转对低燃速固体推进剂燃速性能的影响.并研究了采用新型药条包覆剂提高推进剂燃速测试精度的方法.在此基础上,研制出稳定的低燃速复合固体推进剂.它具有高的燃速精度,较低的压强指数.文章还指出了发动机的高速旋转(2400r/min)对推进剂的燃速性能和比冲的影响.     

硝胺复合固体推进剂燃速估算

本文讨论了硝胺炸药RDX、HMX的热分解及其对固体推进剂燃速的影响.提出了一种适用于AP/RDX(HMX)/HTPB(PU)/Al体系复合固体推进剂燃速预估的计算程序,计算结果与实测值十分吻合.     

丁羟推进剂燃速计算图象法

本文用PEM模型编制的燃速计算程序,计算了一定压力,一定过氯酸铵(AP)粒径级配条件下不同配方的燃速,求出配方组分与燃速关系方程,绘制出AP/Al/HTPB系统的等燃速三角图,在图中由配方组分可迅速查找出燃速,也可由给定的燃速选择合适的配方.     

铝镁贫氧推进剂低压可燃极限研究

采用推进剂静态燃速测试和非壅塞式固体火箭冲压发动机实验的方法,研究了铝镁贫氧推进剂配方对其低压可燃极限的影响。研究表明,增加氧化剂的含量、添加燃速催化剂和采用超细金属添加剂,可以拓宽铝镁贫氧推进剂的低压可燃极限,满足非壅塞式固体火箭冲压发动机的基本要求。     

丁羟推进剂药浆固化过程中触变性转变规律研究

为研究固化反应对丁羟推进剂药浆触变性的影响,对丁羟推进剂药浆在固化反应过程中触变性转变规律进行了实验研究和理论分析。结果表明,推进剂药浆的触变性受到固化时间和剪切速率两个因素的显著影响:剪切速率增高会促使药浆呈现触变性;固化时间增长会促使药浆呈现反触变性。药浆触变性转变的剪切速率为0.2s~(-1)～0.5s~(-1),剪切速率小于此范围时完全呈现反触变性;大于此范围时药浆完全呈现触变性。当剪切速率进入转变区间后,会先从低固化时间处由反触变性转变为触变性,随着固化时间的增长触变性消失,反触变性再次出现。剪切速率越高反触变性重新出现所需固化时间越长,超出转变区间后反触变性不再出现,药浆完全呈现触变性。     

关于复合固体推进剂批次间性能差异的研究——报告之一:混合均匀性问题

不同批次的复合固体推进剂,即使配方和原材料批次相同,其试件的机械性能和燃速也不一定完全相同。本研究力图找出根源。本文是系列研究报告之一,首先从混合实验研究着手,发现推进剂药浆局部区域有明显的组份配比不均匀性和粒子尺寸分布不均匀性,这些不均匀性是试件性能有差异的原因之一。     

纳米/微米粉体填料对推进剂浆料特性的影响

高性能固体推进剂配方中往往需要引入纳米或微米级粉体材料。为了获得各种超细粉体对推进剂浆料特性的影响，分别研究了粉体填料的粒度大小、品种、组合使用以及表面包覆处理等对推进剂浆料的粘度、分散性及机械感度的影响。结果表明，粉体填料的粒度减小，浆料的粘度增大；粉体填料的种类不同，对浆料粘度的影响也不同，其中超细高氯酸铵对浆料粘度影响最大；粉体填料的表面经适当包覆处理后对浆料的粘度、机械感度及分散性都有明显改善。     

Numerical simulation of multi-phase combustion flow in solid rocket motors with metalized propellant

Multi-phase flowfield simulation has been performed on solid rocket motor and effect of multi-phases on the performance prediction of the solid rocket motor(SRM) is investigation.During the combustion of aluminized propellant,the aluminum particles in the propellant melt and formliquid aluminum at the burning propellant surface.So the flow within the rocket motor is multi phase or two phase because it contains droplets and smoke particles of Al2O3.Flowsi mulations have been performed on a large scale motor,to observe the effect of the flowfield onthe chamber and nozzle as well.Uniform particles diameters and Rosin-Rammler diameter distribution method that is based on the assumption that an exponential relationship exists betweenthe droplet diameter,dand mass fraction of droplets with diameter greater thandhave been used for the si mulation of different distribution of Al2O3 droplets present in SRM.Particles sizes in the range of 1-100μm are used,as being the most common droplets.In this approachthe complete range of particle sizes is dividedinto a set of discrete size ranges,eachto be defined by single streamthat is part of the group.Roe scheme-flux differencing splitting based on approxi mate Riemann problem has been used to si mulate the effects of the multi-phase flowfeild.This is second order upwind scheme in which flux differencing splitting method is employed.To cater for the turbulence effect,Spalart-All maras model has been used.The results obtained show the great sensitivity of this diameters distribution and particles concentrations to the SRMflowdynamics,primarily at the motor chamber and nozzle exit.The results are shown with various sizes of the particles concentrations and geometrical configurations including models for SRM and nozzle.The analysis also provides effect of multi-phase on performance prediction of solid rocket motor.     

关于复合固体推进剂批次间性能差异的研究(报告之二:药浆的粘度分析)

复合固体推进剂药浆是固体粒子含量很高的粘性流体。影响其粘度的除了粘结剂的度粘外,主要还有固体粒子的容积百分比和尺寸匹配。文中介绍了计算药浆粘度公式,还就粒子形状、尺寸、表面性质对有粒子悬浮的浆液粘性影响作简要回顾。文中还指出,由于药浆的固体粒子含量高,用不同测试方法测得的药浆粘度可能会差距甚大以及粒子容积含量的少量不均匀性可能会导致粘度值差很多。     

丁羟固体推进剂力学性能模拟计算

提出了丁羟固体推进剂力学性能的三相结构模型(分散相-界面相-连续相),建立了丁羟固体推进剂力学性能与弹性母体的伸长率和弹性模量、推进剂组分固体含量、粒径、级配、粘合剂和键合剂等的数学关系,进行了编程计算;推进剂抗拉强度和伸长率的计算结果与实验值吻合较好,并用该软件计算研究了弹性母体的伸长率及模量?AP的粒径及级配?键合剂的含量等对推进剂力学性能的影响规律。     

气相和粒子冲刷速度对丁羟推进剂燃速影响分析

基于试验获得的气相和粒子冲刷条件下的固体推进剂燃速数据,采用误差反向传播算法(BP算法)的人工神经网络技术开展了推进剂的燃速特性分析。网络训练和预示结果表明,利用BP算法开展冲刷条件下的燃速影响因素分析的精度在4%以内。分析结果表明,气相和粒子冲刷速度都会影响固体推进剂的燃速。在低气相速度条件下,推进剂燃速对粒子冲刷速度的变化更为敏感。粒子冲刷对固体推进剂燃速的影响存在界限效应,当粒子冲刷速度大于某一界限值时,推进剂燃速增加幅度增大,并由粒子冲刷主导。