硝酸酯增塑聚醚高能推进剂高压燃烧性能研究

实验研究了硝酸酯增塑聚醚高能推进剂高压燃烧性能。通过对PET,PEG和叠氮聚醚三种粘合剂;NG,TEGDN及BTTN三种增塑剂;AP,RDX,Al粉的含量和粒度进行研究,发现推进剂在9～25MPa压强范围内燃速 压强曲线存在拐点,得出了推进剂各主要组成及固体组分的含量和粒度变化时推进剂高压燃烧性能的变化规律:分别以PET,PEG和叠氮聚醚为粘合剂时,推进剂燃速依次升高;含不同增塑剂的推进剂的燃速随增塑剂中硝酸酯基含量的增加而增加;AP含量增加同时RDX含量减小,燃速增大并且压强指数降低;AP粒度减小时,燃速增大,并且超细AP可大幅度增加燃速;Al粒度减小时,燃速先减小后增大,致使推进剂压强指数升高。     

复合推进剂中的降速剂

采用燃速测量、热分析等技术，研究了草酸铵、碳酸锶、碳酸锶／草酸铵、碳酸锶／草酰胺等添加剂对AP／HTPB系推进剂燃速的影响。结果显示，上述几种添加剂均可不同程度地使推进剂燃速降低，其原因是添加剂促使AP的分解峰温向高温方向移动以及使AP分解的活化能增加。不同添加剂的影响机理有所不同：草酸铵的分解产物阻碍AP低温、高温分解，从而使AP分解峰向高温方向移动；碳酸锶和AP分解产物高氯酸反应产生不易分解的高氯酸锶使AP分解峰温升高；同时由燃速测试结果发现，在压强大于5MPa时，碳酸锶／草酸铵、碳酸锶／草酰胺产生协同作用，使推进剂降速效果非常明显，尤其是碳酸锶与草酰胺的组合，不但使推进剂燃速降低明显，而且压强指数的降低幅度也最大，是一种良好的复合型降速剂。     

组合催化剂MT在丁羟推进剂中的应用

研究试验了组合催化剂MT在丁羟推进剂中提高燃速和降低燃透压强指数的作用。结果表明，MT与不同含量和粒度小于10μm的AP匹配使用，燃速可在9mm／s～30mm／s范围内调节；压强指数均小于0．2（压强范围3MPa～9MPa），出现“平台”燃烧效应；发动机实测的压强指数与试验结果基本一致；选用合理的M与T组合比，可不影响推进剂制造工艺性能和药柱力学性能。对结果的理论分析认为，M与T对改善AP低压下热分解具有协同效应。     

储氢合金/AP/HTPB推进剂燃烧性能研究

制备了Al/AP/HTPB推进剂和储氢合金/AP/HTPB推进剂,并对它们进行了DSC,PDSC,爆热和燃速测试.DSC和PDSC测试结果表明,储氢合金对AP/HTPB推进剂的凝聚相反应有催化作用,在0.1MPa和5MPa下,使其凝聚相主分解温度分别降低21.67℃和15.67℃,凝聚相反应热分别提高105.97％和21.87％;爆热测试结果表明,储氢合金对AP/HTPB推进剂的气相反应有催化作用,使气相反应热提高4.74％;燃速结果表明,储氢合金可以提高AP/HTPB推进剂的燃速.进一步研究表明,A1/AP/HTPB推进剂和储氢合金/AP/HTPB推进剂的燃速与爆热存在一定的相关性.总结出了燃速-爆热关系式.     

纳米碳酸盐对复合固体推进剂燃烧性能的影响

研究了纳米碳酸盐对丁羟三组元、丁羟四组元、低燃速NEPE推进剂燃烧性能的影响。结果表明:纳米碳酸盐使丁羟三组元推进剂在高压(10～18MPa)和低压(4～10MPa)段的压强指数降低到0.2以下,同时使燃速明显降低;使丁羟四组元推进剂在高压段(10～18MPa)的压强指数降低到0.26左右;使低燃速NEPE推进剂的的压强指数(4～9MPa)从0.77左右降至0.55以下。从研究结果可以看出,添加该纳米碳酸盐是降低复合推进剂压强指数行之有效的途径。     

燃速调节剂对RDX/AP/HTPB推进剂热分解的影响

利用高压差示扫描量热法（DSC）研究了含不同燃速调节剂（亚铬酸铜、草酸铵、碳纤维）的RDX／AP／HTPB推进剂热分解性能，研究发现，调速剂对推进剂燃速的影响与其对推进剂主要组分（RDX、AP和HTPB）峰温、推进剂初始放热量的影响密切相关，燃烧催化剂亚铬酸铜和碳纤维使RDX，AP的分解峰温降低，使推进剂的初始分解阶段放热量增大，分解放热峰增多，故导致推进剂燃速增加，而草酸铵使RDX的分解峰温升高，使推进剂的初始分解阶段放热量降低，所以导致推进剂燃速降低。     

AP/HTPB复合推进剂低压燃烧特性数值研究

为研究AP/HTPB复合推进剂低压燃烧特性,使用二维三明治模型进行了数值仿真研究。该模型使用简化的四步总包反应机理,考虑燃烧过程中的燃面退移,计算时大粒径AP取平均粒径,小粒径AP采用“均质黏合剂假设”,认为其与HTPB组成“均质黏合剂”。在0.02MPa-0.08MPa的压强下进行了仿真,并与高压（5MPa）下的燃烧仿真进行对比。结果表明,低压下固相AP对黏合剂的传热导致了交界面处燃面的下陷,下陷程度随压强减小而增大;随着燃烧的进行燃面各点燃速趋于一致,燃面形状不再改变。低压下气相反应表现为预混燃烧,初焰为主导反应。低压下燃速仿真与实验值基本一致,压强指数小于高压下的压强指数。     

含DNTF的改性双基推进剂燃烧性能

研究了3，4-二硝基呋咱基氧化呋咱（DNTF）的含量、不同催化剂体系、炭黑的含量、DNTF的粒度对DNTF改性双基推进剂燃速和压强指数的影响。实验表明：DNTF含量为30％时，以含能铅盐、芳香铜盐和炭黑（cB）所组成的复合催化剂可使推进剂压强指数降为0．37（8～14MPa）；而当DNTF的含量为50％时，所选用的三种催化剂体系（铅盐包括含能铅盐和芳香铅盐，铜盐为芳香铜盐）对推进剂的燃烧性能失去调节作用；炭黑含量的增加使推进剂的燃速增加，压强指数变大；DNTF的粒度对该推进剂的燃速影响明显，DNTF粒度较大时，燃速较高（53．19mm／s，16MPa），压强指数较大。     

组分对硝酸酯增塑聚醚推进剂燃烧性能的影响

通过对氧化剂AP含量及粒径、燃速催化剂种类及含量、铝粉粒度、交联剂及工艺助剂等的调整，对硝酸酯增塑聚醚推进剂的燃烧速度和燃速压强指数进行了研究，结果表明，燃速在7．7～16．7mm／s（7．0MPa）范围内可调，静态燃速压强指数稳定在0．5，最低可达0．41。     

AP/HTPB复合推进剂的催化热分解研究

本文研究了CuO、Cr_2O_3、Co_2O_3、PbO、Cu_2(OH)_2CO_3、Co_2(CO_3)_3、Cr_2(CO_3)_3、PbCO_3以及这些碳酸盐的煅烧产物对AP、HTPB和AP/HTPB复合推进剂热分解性能的影响.由此发现,煅烧碳酸盐制得的CuO与Co_2O_3.对提高AP/HTPB复合推进剂的燃速具有协同催化效应,并能降低燃速压力指数.     

AP/RDX/HTPB复合推进剂燃速特性计算研究

考虑了AP／RDX／HTPB推进剂中两种氧化剂的含量、配比和粒度对推进剂燃面结构及燃速的影响，建立了一个高氯酸铵／硝胺复合推进剂的“双区”稳态燃烧模型。两区所占的面积比由两种氧化剂的数密度之差决定，这样可同时反映这类推进剂中两种氧化剂配比和粒度的影响。计算结果表明，该模型可较好地模拟AP／RDX少烟推进剂的燃速特征。     

催化剂及加入方法对HTPB复合推进剂燃烧性能的影响

通过热重分析(TG),差热分析(DTA)、高压差热分析(HPDTA),对三种催化剂(亚铬酸铜C,C、铜的有机络合物TP和铜、铬、铅盐的混合物TX)、催化剂和胶的混合物、催化剂和高氯酸铵(AP)的混合物、催化剂与AP的共同结晶物(简称共晶)的热解特性进行了研究.还对配方相同,仅催化剂加入方法不同的HTPB推进剂及不同部位、不同方法加入催化剂的AP-HTPB夹心件作了燃速测试.实验研究的结果表明:三种催化剂对AP的凝相放热反应均有加速催化作用:在AP结晶中加入催化剂的催化效率高于以混合方法加入催化剂的催化效率,进而对其机理作了探讨.     

复合固体推进剂中CaCO3作用的实验研究和机理分析

本文通过试件燃烧表面激光阴影高速摄影、燃面扫描电镜分析和X光电子能谱测试结果,提出了CaCO_3与过氯酸铵(AP)的作用机理,解释了CaCO_3对AP的低压(<1.96MPa)增速高压(>1.96MPa)降速的现象.     

GAP/AN推进剂安全性能研究

利用冲击感度和摩擦感度测试研究了聚叠氮缩水甘油醚／硝酸铵（ＧＡＰ／ＡＮ）推进剂及其常用组分的安全性能,指出了影响ＧＡＰ／ＡＮ推进剂冲击感度和摩擦感度的主要因素为硝酸酯（ＢＴＴＮ／ＮＧ）,ＡＰ,ＨＭＸ等添加剂。硝酸铵具有非常低的冲击感度和摩擦感度,是理想的低易损性推进剂的氧化剂。硝酸酯增塑的ＧＡＰ／ＡＮ推进剂不仅具有较高的能量,而且安全性能显著优于ＧＡＰ／ＡＰ,ＧＡＰ／ＨＭＸ,ＧＡＰ／ＨＮＦ推进剂。     

液氧烃类发动机循环系统比较

本文通过理论计算得出两种循环的液氧/烃类发动机参数和性能,计算了混合比、涡轮进口温度、泵效率等参数对发动机性能的影响。利用涡轮功率平衡方程推导出发生器循环的涡轮流量与总流量比和燃烧室压力的关系;分级燃烧循环的燃料泵出口压力与燃烧室压力的关系。最后分析了两种循环的适应范围。     

高氯酸铵/硝胺系复合推进剂燃烧特性研究

本文从理论计算和实验研究了高氯酸铵/硝胺系复合推进剂的能量及燃烧特性.对研制高能、低烧蚀、少烟、低压力指数,以及低燃、速燃气发生剂的配方设计提出了组成范围.同时指出了含硝胺炸药的复合推进剂不存在爆燃向爆轰转变问题.     

纳米铁酸铜的制备及对RDX热分解的催化作用

以CuCl2·2H2O和Fe(NO3)3·9H2O为原料,采用室温固相化学反应法制备出三种不同铜、铁摩尔质量比的纳米CuFe2O4粉体,产物的粒径约为5nm。采用差示扫描量热法(DSC)测试了纳米CuFe2O4对RDX热分解的催化作用。结果表明:纳米CuFe2O4对RDX热分解有明显的催化效果。在三种纳米CuFe2O4中,铜、铁摩尔质量比为1∶1的纳米CuFe2O4的催化效果最好,它使RDX的分解峰温前移了17 8℃,放热量增加了250J/g,活化能降低了21 9kJ/mol。纳米CuFe2O4的用量增加对RDX热分解的催化效果显著增大。     

AP/DHG/聚醚燃气发生剂的研究

研究了以高氯酸铵（ＡＰ）／二羟基乙二肟（ＤＨＧ）／聚醚为主要组分的燃气发生剂的配方和主要性能。用实验室合成的聚合物Ｐ－１００对ＤＨＧ进行了包覆,并对所包覆的ＤＨＧ进行了一定的表征。采用包覆ＤＨＧ,ＡＰ,聚醚等作为主要成分,制备了燃气发生剂,测定了燃气发生剂的燃烧性能、力学性能和灰分,并分析了ＤＨＧ的降速机理。结果表明,聚合物Ｐ－１００包覆ＤＨＧ的包覆度很高,且可显著提高拉伸强度。     

NM/RDX/Nano-Al膏体推进剂特性研究

为进一步研发新型特种推进剂品种,向推进技术应用领域发展和延伸,开展了NM(硝基甲烷)/RDX/Nano-Al膏体推进剂配方研究,并对其能量、流变以及燃烧性能进行了分析。结果表明:采用最小自由能法估算膏体推进剂配方比冲为2674.2 N·s/kg;膏体推进剂流变行为遵循Herschel-Bulkley本构方程,在0~30℃范围内,假塑性指数n小于1,属于非牛顿假塑性流体,同时膏体推进剂具有明显的触变性以及蠕变-回复特性,在角频率为1Hz且低应力下(≤50Pa),膏体推进剂储能模量(G′)大于损耗模量(G′′),此时具有较稳定的三维网络结构;与含纳米铝热剂Nano-Al/Pb O双基系推进剂相比,膏体推进剂在10~15MPa压强范围内燃速较快,但在低压下未燃。     

C/H/O/N/B体系气相燃烧化学动力学模型及计算研究

为了更加深入地研究硼粒子的点火和燃烧机理,在Pasternkck和Zhou的模型的基础上,通过补充基元反应和修正基元反应的动力学参数,建立起了新的C/H/O/N/B体系气相燃烧动力学模型,该模型包含31种组分,190个正反基元反应。采用新的模型对贫氧体系气相燃烧过程进行计算,并改变体系的初始温度及压强,研究其对平衡温度和硼的氧化物平衡摩尔分数的影响。计算结果表明:(1)体系平衡后硼元素主要以硼的氧化物形式存在,其中BO和BO₂的摩尔分数随反应时间的增加先升高后降低,B₂O₃的摩尔分数随着反应时间的增加而不断升高。(2)提高初始温度和压强不但能使体系的平衡温度提高,而且能缩短体系达到平衡的时间。(3)提高初始温度会使B₂O₃更多地解离为BO和BO₂,不利于硼燃料能量的完全释放,但提高压强会抵制B₂O₃的解离,从而会在一定程度上提高硼燃料的能量释放。 