高燃速HTPB/IPDI推进剂低温力学性能(Ⅱ)界面助剂的设计与应用

为了改善高燃速丁羟推进剂的低温力学性能，设计合成了AO系列 同助剂，并在丁羟高燃速实验配方中验让了它们的使用效能。结果表明AO助剂大幅度提高了高燃速实验配方的低温力学性能，在常温强度相当的条件下，－40℃下最大伸长率由40％左右提高到55％以上。实验结果也显示助剂与粘事剂的表面张力值越接近，工艺性能越好。文中还通过温反射红外光谱（DRIR）和动态热机械分析（DMA）对界面助剂的作用机理作了简要探讨。     

整体级发动机用叠氮含硼推进剂研究

为适应整体级发动机强制偏流喷管的需要,研究了(BAMO/THF)/HMX/AP/B叠氮含硼推进剂的工艺性能、力学性能和燃烧性能。结果表明:对营口产硼粉进行包覆、团聚处理,解决了硼粉与推进剂其它组分相容性差和推进剂工艺性能差的问题;使用经处理的硼粉、较高相对分子质量的叠氮粘合剂BAMO/THF(50/50)和高效键合剂,能有效提高含硼推进剂的力学性能,达到:常温最大抗拉强度σm≥0 7MPa,高、中、低温的最大伸长率εm≥40%;推进剂具有较低的燃速压强指数(<0 40)和较宽的燃速可调范围,118发动机演示试验后喷管收敛段和喉部结构保持完好,无凝相产物沉积,且优于HTPB含铝推进剂的结果。叠氮含硼推进剂适合整体级发动机强制偏流喷管的使用。     

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。     

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。     

特低燃速固体推进剂低压下的燃速测试

用“高低压声发射燃速测试系统”研究测定了特低燃速丁羟推进剂（ｒ＝２ｍｍ／ｓ～４ｍｍ／ｓ）在２ＭＰａ低压下的燃速和２ＭＰａ～１４ＭＰａ范围内的燃速压强指数。结果表明,特低燃速的测试精度可达１％,某ＨＴＰＢ－ＡＰ－Ａｌ－Ｔ２９－ＨＭＸ推进剂的燃速测试临界压强为２ＭＰａ。     

PBT钝感高能推进剂高温力学性能调节技术研究

为了改善PBT类型钝感高能推进剂的高温力学性能,分析了推进剂高温力学性能的影响因素,研究了中性键合剂粒度、用量以及固化网络交联分子量对高温性能的影响,并进一步考察了组合键合剂技术(中性键合剂+醇胺键合剂)在三种不同燃速(高燃速、中燃速、低燃速)配方中的使用效果。研究表明:(1)醇胺键合剂对HMX粒子表面缺乏有效的化学键合,HMX能部分溶解在极性增塑剂A3中,形成软界面层,这两点使得试样拉伸过程中HMX的表面容易"脱湿",影响高温力学性能。(2)通过调整固化参数和交联剂用量,控制交联分子量,优化固化网络,并结合组合键合剂技术,能获得高、低、常温力学性能优良的PBT钝感高能推进剂配方,当NPBA的用量为0.08%～0.10%,交联分子量Mc达到8000～10000时,推进剂的高温抗拉强度大于550kPa,伸长率达到40%以上。     

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。     

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。     

固体火箭发动机HTPB推进剂燃速性能老化研究

为研究某型固体火箭发动机高燃速端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂在全寿命期内的燃烧性能——燃速,通过高温加速老化实验和活化能理论推测出发动机推进剂在常温25℃下和高温70℃下的老化速度;由此,通过高温70℃的加速老化实验来获得不同贮存期的发动机推进剂试验样本;通过推进剂燃烧实验,测试了不同贮存期的推进剂的燃速,结果表明,随着发动机贮存时间的延长,HTPB推进剂燃速逐渐降低。     

镁/硝酸钠富燃料推进剂燃烧性能

研究了压强、镁粉含量、固体组分粒度以及氟化物等因素对镁/硝酸钠富燃料推进剂的燃速影响。研究结果表明,镁/硝酸钠富燃料推进剂的燃速随着压强增大而增大,压强增大到一定程度后,燃速下降;燃速随着镁粉粒度的减小而增加;增大硝酸钠颗粒度,燃速降低,燃烧波动性增加;当镁粉含量达到70%时,推进剂的燃速出现最大值。添加氟化物的推进剂燃速值有所降低,随压强变化燃烧规律也发生了改变。     

基体特性对HTPB推进剂力学性能的影响

按工程生产工艺要求，制得hydroxyl terminated polybutadiene (HTPB)固化胶片，通过控制试验环境温度（-50、-35、-20、0、20、35℃），得到了基于Prony级数形式的具有不同松弛特性的复合基体材料的松弛行为描述，为细观模型的建立提供了必要参数。随后基于分子动力学方法，结合具有内聚本构的黏接单元，建立了推进剂的细观计算模型。为验证所建数值模型的准确性，对固体推进剂在常温条件下进行宏观松弛力学试验，将仿真结果与试验数值的对比，试验结果与仿真结果相差在20%范围之内。最后对具有不同随机分布及不同基体松弛特性的推进剂细观模型进行有限元计算，结果表明:颗粒随机性不影响推进剂的宏观力学行为，而基体松弛特性显著影响固体推进剂的宏观力学性能，基体松弛特性获取环境温度与推进剂的宏观初始模量、延伸率以及强度均呈指数型关系。      

定应变下丁羟推进剂贮存寿命预估

采用高温加速老化法,研究了中燃速丁羟推进剂在受力（１５％定应变）状态下力学性能变化,预体了推进剂的受力与非受力（０％应变）状态下贮存寿命。结果表明：定应变的作用对推进剂的贮存寿命影响较大,推进剂在受力状态下的贮存寿命比非受力条件下的贮存寿命缩短了４年左右。     

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。     

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.     

HTPB固化交联体系在降低其推进剂燃速中的重要作用

本文研究了HTPB固化交联体系对其推进剂燃速的影响。实验发现,在固化交联体系中含MAPO的推进剂燃速要比用已三醇交联的推进剂燃速高18.4％。应用热分析、中止燃烧、电子扫描显微镜等实验方法,对其作用机理作了分析说明。     

HTPB推进剂的低温疲劳特性

为探究端羟基聚丁二烯（HTPB）推进剂在低温下的疲劳特性，结合空空导弹在使用中的实际情况设计了包含不同应变幅值和加载频率的高周疲劳实验.实验在动态热机械分析仪上进行，温度保持为-50℃，加载频率设定为50,100,150Hz.为了考察低温下HTPB推进剂微小预变形对疲劳特性的影响，在动力循环加载前进行了准静态加载.疲劳实验后对试件实施单轴恒速拉伸，以获取疲劳后推进剂的力学参数.结果表明:在其他条件不变的情况下，疲劳应变幅值和加载频率越大，材料力学性能劣化程度越大，所累积的疲劳损伤量越大.初始阶段的准静态加载对推进剂疲劳特性起消极影响，低温高频下推进剂的疲劳损伤演化呈现出非线性，随着疲劳次数的增加，疲劳损伤增速由快变缓.      

新一代高能固体推进剂的能量分析

根据最小自由能方法,计算分析了叠氮基含能预聚物和高能高密度氧化剂对AP/R-DX/Al/HTPB复合固体推进剂能量特性的影响。GAP、AMMO和BAMO的氮平衡值优于HTP-B,含有叠氮基含能预聚物的复合固体推进剂,其标准理论比冲(I°ss)出现最大值时所对应的RDX含量相应地升高。无论是HTPB,还是GAP、AMMO和BAMO,标准理论比冲和燃温(T_c)在Al含量为18％时都有极大值出现,燃气平均分子量(M(则随着Al含量的增加而增加。减少GAP配方中的AP含量,代之以硝酸酯增塑剂,可显著提高I°ss,与RDX相比,采用高能高密度氧化剂HMX,HHTD和ONC的复合推进剂的最大优势是密度的提高,从而显著地改善了密度比冲。与NEPE高能固体推进剂相比,GAP推进剂在相同的粘合剂体积分数下,标准理论比冲可提高24.5～34.3N·s/kg。而在相同能量特性的情况下,推进剂的粘合剂的体积分数可提高50～65％。因此,叠氮基含能预聚物和高能高密度氧化剂的使用,将代替下一代高能固体推进剂的发展方向。     

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。     

热塑性弹性体在复合改性双基推进剂中的应用

采用FTIR、动态热机械分析和单轴拉伸试验方法对所合成的P(E-CO-T)-IPDI-BDO热塑性弹性体(TPU)的性能进行了表征,并对P(E-CO-T)-IPDI-BDO预聚物在复合改性双基推进剂及其粘合剂体系中的应用进行了初步的探讨。结果显示,当-NCO与-OH的当量数之比R取1.2时,P(E-CO-T)-IPDI-BDO胶片的力学性能较好,随着硬段含量的增加,拉伸强度逐步增加,最大能达到11.6 MPa,断裂延伸率呈现逐步递减的趋势。P(E-CO-T)-IPDI-BDO预聚体中-NCO与硝化纤维素NC上的-OH的化学交联使最大拉伸强度从2.07 MPa提高到2.95 MPa,断裂延伸率从110.5%提高到224.0%。加入P(E-CO-T)-IPDI-BDO预聚物的复合改性双基推进剂的动态力学性能显示,由损耗峰tanδ的高温峰确定推进剂的玻璃化转化温度Tg为27.0℃,低温峰说明在低于-37.2℃下推进剂仍能承受一定的动态载荷。