固体推进剂用硝酸酯增塑剂的热安定机制研究进展

从硝酸酯在固体推进剂中的应用角度综述了硝酸酯的热分解机理和热安定机制的国内外研究进展。硝酸酯的热分解机理国内外均集中于非等温高温热分解行为和热分解动力学研究,对于使用温度下的硝酸酯的等温热分解机理、反应动力学和产物分布等方向研究相对较少;对于硝酸酯热安定机制的研究主要集中于苯胺型和苯脲型安定剂的初步安定效果探索,其后期安定机理、整体反应动力学过程以及安定剂和硝酸酯的定量配比关系的研究未见文献报道。截至目前,国内外已形成硝酸酯两步热分解机制——硝酸酯键的断裂与硝酸酯的自催化;初步探索出苯胺型和苯脲型安定剂前期安定作用过程,其中,苯胺型安定剂初步安定机制为安定剂氨基上的氢与二氧化氮结合生成HNO₂和N自由基,而后安定剂的N自由基结合NO,苯脲型安定剂安定机制为安定剂发生C-硝化和N-硝化吸收氮氧化物。但上述国内外研究成果尚不足以支撑硝酸酯热安定控制技术及固体推进剂高温可靠使用调控技术等研究。基于此,文章提出应将使用温度下的硝酸酯等温热分解热行为和热安定机制作为硝酸酯基础应用的重点研究方向的研究建议。     

硝酸羟胺推进技术发展现状与趋势

传统航天器大部分单组元系统均采用肼或其衍生物作为推进剂,但肼类推进剂不仅强致癌,且易燃易爆。与肼相比,硝酸羟胺(HAN)基单组元推进剂具有毒性低、比冲高及环境友好等优势。因此,HAN基单组元推进剂是一种绿色推进剂,将其用于航天器推进系统中是十分必要和迫切的。本文对HAN推进技术的发展现状进行了调研,并对绿色HAN推进技术未来发展和应用趋势进行了分析与研判。     

硝酸与固体燃料燃烧性能计算研究

建立了固液火箭发动机燃烧性能计算模型,采用一维化学平衡(ODE)方法对以硝酸为氧化剂的固液火箭发动机燃烧性能进行了初步探讨。计算表明,固液火箭发动机的比冲、特征速度和燃烧温度以及燃烧产物组分等与氧化剂和燃料的配比有密切关系,氧化剂与燃料质量配比在3.75附近时,固液火箭发动机内部的温度较高,燃烧产物组分以及特征速度达到最佳状态,比冲最高。     

硝酸酯增塑高能推进剂爆炸性能研究

对我国硝酸酯增塑高能推进剂的爆炸性能、爆炸当量等进行了试验和评估。简述了共试验装置、方案、试样、试验过程及结果。结果表明：该推进剂危险性分类与美国国防部划入１．１级危险品的高能推进剂相似；ＴＮＴ当量１０ｍ之内为１．０７～１．２６，１０～５５ｍ之间约为０．８９～１．２１，也与国外相关试验值相似；另外观测到１０ｋｇ该推进剂爆炸时，距３５ｍ以外建筑物无大影响，５５ｍ外无影响。     

PB类助剂对硝酸酯增塑聚醚推进剂性能的影响

为改善硝酸酯增塑聚醚推进剂药浆的工艺性能，考察了自制PB类功能助剂对该推进剂工艺和力学等性能的影响。结果表明：PB类助剂可降低药浆的粘度与屈服值，延长适用期；同时具有键合功效，可保持推进剂良好的力学性能，具有多功能作用，是该类推进剂较好的功能助剂。     

液体火箭推进剂使用中的防护与急救

通过对红烟硝酸和混胺的性能及其对人体损害机理的分析，提出在液体火箭推进剂使用中应采取的防护措施，并针对液体火箭推进剂可能对人体产生烧伤和中毒的现象，提出相应的急救方法，以达到杜绝事故的发生或减轻烧伤、中毒程度，降低致残率的目的。     

硝酸酯增塑GAP粘合剂中CL-20/HMX共晶研究

采用悬浮液法以硝酸酯增塑端羟基叠氮聚醚(GAP)粘合剂为溶剂制备出了六硝基六氮杂异伍兹烷/奥克托今(CL-20/HMX)共晶,并对其进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高效液相色谱(HPLC)测试。采用分子动力学方法构建了共晶晶面-硝酸酯模型,计算了硝酸酯在共晶主要晶面上的结合能、扩散系数。结果表明,产物与CL-20、HMX形貌不同,呈平面板状;HPLC测试结果表明,产物组分摩尔比为n_((CL-20))∶n_((HMX))=1.97∶1≈2∶1;XRD测试结果表明,产物是CL-20/HMX共晶且共晶晶面生长速率由小到大为(100)、(102)、(111)、(011);分子动力学模拟结果表明,硝酸酯溶剂-共晶晶面相互作用、溶剂扩散能力、界面状态的综合影响导致共晶晶面生长速率由小到大为(100)、(102)、(111)、(011)。     

聚氧化乙烯粘合剂推进剂力学性能研究

对聚氧化乙烯(PEO)为粘合剂硝酸酯增塑的高能推进剂配方力学性能进行了研究。研究了键合剂BS、交联剂JC、固化剂、粘合剂分子量和官能度等因素对推进剂力学性能的影响。结果表明,PEO粘合剂推进剂具有较好的力学性能,达到了20℃时σm≥0．7MPa,-40～70℃时εm≥70％。因此,PEO可用作硝酸酯增塑推进剂的粘合剂。     

一种多任务模式离子液体推进剂的制备、表征及催化分解研究

为获得可用于多任务模式、高密度、高比冲、宽液态温度范围、良好热稳定性的新型离子液体推进剂,以N-甲基咪唑为原料,通过烷基化反应生成离子盐,该盐与四氟硼酸钠/双三氟甲磺酰亚胺锂发生复分解反应,制得一系列咪唑基离子液体。利用核磁共振 (1H NMR、13C NMR)、高分辨质谱（HRMS）等对产物结构进行了表征。并分别利用热重分析仪、密度仪、粘度计等,研究离子液体的热稳定性、密度、粘度等性能。通过点滴着火试验,借助高速摄像机评价了硝酸羟胺和1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯盐复合后的推进剂点火燃烧性能。采用化学反应平衡产物软件考察了硝酸羟胺含量对推进剂能量特性的影响规律。结果表明,硝酸羟胺含量在40-60wt%之间是优选的推进剂配方。本文试验证明了50wt%硝酸羟胺与50wt%1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯盐复合推进剂具有良好的催化分解燃烧性能,是一种有潜力的新型多任务模式离子液体推进剂。     

硝酸羟胺基单组元液体火箭发动机起动过程的模拟

无毒单组元液体火箭发动机是空间推进的发展方向之一。针对硝酸羟胺基单组元液体火箭发动机的起动过程,建立了零维模型、不考虑相变过程的仿真模型和考虑相变过程的仿真模型,并采用这些模型对60 N发动机进行了起动过程的模拟和对比分析。计算结果显示,推力室升压过程历经快速的气体充填和较慢的催化室升温两个阶段。零维计算模型和不考虑相变的CFD方法计算得到的两个阶段时长基本一致,但第一阶段时间显著低于试验结果,第二阶段时长与试验结果符合。考虑推进剂相变过程的模型计算结果与试验结果符合较好。一维计算得到HAN基推进剂在进入催化床约4mm的长度内完全分解。升压第一阶段受催化分解影响很大,HAN基推进剂的分解反应速率低于肼的分解反应速率。