推进剂功能组分作用研究(Ⅳ)--工艺/力学性能

在丁羟/铝粉/高氯酸铵组成的三组元推进剂体系中,通过药浆流变性测试、动态力学分析（DMA）、单向拉伸性能、凝胶分数和相对交联密度的测定,研究了一些功能组分如氮丙啶类化合物MAPO、醇胺络合物TEA·BF3、胺类化合物H对推进剂工艺性能和力学性能的影响.结果表明,MAPO可以降低药浆屈服值和表观粘度,改善工艺性能,显著增加最大抗拉强度,但对最大伸长率无影响;TEA·BF3大幅度增加药浆屈服值,使工艺性能变差,一定程度上提高最大抗拉强度和发挥熵弹性而增加最大伸长率,H可以显著改善推进剂工艺性能和增加最大伸长率.文中还对功能组分在推进剂中的作用机理进行了分析探讨.     

推进剂功能组分作用研究——(I)丁羟/AP体系

通过测定药浆稳态和动态流变性的变化 ,研究了一些推进剂功能组分在丁羟粘合剂体系和丁羟 /高氯酸铵体系中的作用。结果表明 ,功能组分MAPO、H、LCM对HTPB粘合剂体系有内润滑作用 ;偶联剂MAPO可改善细高氯酸铵颗粒在体系中的分散性 ,作用效果有时间依赖性 ;TEA·BF3 一方面可改善细高氯酸铵颗粒在体系中的分散性 ,同时也增加颗粒间的吸附作用 ;防老剂H还是细高氯酸铵的优良工艺助剂 ;上述功能组分对包覆球形高氯酸铵的作用效果很小。流变学方法是研究推进剂这种复杂体系结构和功能组分作用的一种有用工具。     

推进剂功能组分作用研究(Ⅲ)--聚醚/硝酸酯体系

在硝酸酯增塑的聚醚粘合剂与HMX、AP、Al固体组成的实验体系中，用流变学方法研究推进剂功能组分中性聚合物键合剂NPBA和MAPO的影响特征及作用机理。实验结果表明，NPBA明显增加HMX体系的粘度和屈服值，对HMX产生的可能是物理键合作用，其合适的加入量应为HMX重量的1．0％－1．5％，同时还存在作用的时间效应。实验还发现NPBA是粉碎细AP的优良工艺助剂，可大幅度降低粘度，其适宜加入量为细AP的0．4％。MPAO能对细AP起很好的界面改性作用，显著改善推进剂药浆的工艺性能。但MAPO、NPBA对铝粉无明显作用。     

AP级配和铝粉对HTPB推进剂药浆流变性的影响

用实验流变学的方法研究了ＡＰＡ级配铝粉对ＨＴＰＢ推进剂药浆流变性能的影响。级配使动力学粒子空隙体积分数减少，小粒度起类似润滑剂的作用，降低粒子聚集结构强度是级配使推进剂屈服值，粘度和增大假塑性指数值降低的主要原因，铝粉颗粒间不存在在相互作用的和表面的微碱性，强化了上述级配的作用，这是铝粉能显著改善药浆流变性的原因。     

超细铝粉在Ap／HTPB推进剂中的燃烧研究

研究了1.25μm和小于1μm的超细铝粉分别在Ap/HTPB系列推进剂中的燃烧特性,并与30μm的粗铝粉进行比较。认为超细铝粉在推进剂燃面上存在着凝聚和直接点火两种现象,这两种现象受氧化剂粒度、含量和种类的限制。实验结果表明,在某些配方中超细铝粉的燃烧性能明显优于粗铝粉,在以粗Ap为主的丁羟推进剂中合理使用超细铝粉,可以改善推进剂的燃烧性能,提高推进剂燃速,降低压强指数。本研究对于改善推进剂燃烧效率有很重要的现实意义。     

纳米铝粉在固体推进剂中的应用

介绍金属纳米铝粉的制备方法,阐述了用于固体推进剂的纳米铝粉的突出效应,例如燃烧完全、提高推进剂燃烧速率、降低压强指数等,并对纳米铝粉在固体推进剂中的作用机理、应用中可能存在的问题进行了分析,并提出了可行的解决措施。     

球形铝粉在丁羟固体推进剂中的应用

在固体火箭推进剂中,用球形铝粉代替非球形铝粉的实验结果表明,含球形铝粉推进剂的单向拉伸性能、工艺性能比含非球形铝粉的推进剂有明显改善,只是燃速略有下降,其他性能相当。     

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。     

固体推进剂铝粉燃烧特性及机理研究进展分析

铝粉在推进剂燃烧表面上会发生团聚凝结,对推进剂燃烧性能及固体火箭发动机的绝热层和喷管烧蚀等性能造成重大影响。文章综述了固体推进剂中铝粉燃烧方面的最新研究进展,主要包括铝粉点火及燃烧机理、凝聚相燃烧产物特性、影响因素及改善铝粉燃烧效率等方面的研究进展。铝粉表面特性、推进剂的微观结构和燃烧气氛环境等是影响铝粉燃烧的主要因素;采用控制铝粉粒径分布、铝粉包覆和多元合金等手段,可有效提高推进剂中铝粉的燃烧效率。     

推进剂药浆流变特性研究

采用HAAKE旋转粘度计研究了推进剂药浆的流变特性。结果表明:药浆在很低剪切速率下呈牛顿性;在一定剪切速率范围内为假塑性;药浆存在流动畸变。文中还介绍了药浆粘度、剪切速率指数、屈服值、触变性及时间、温度的影响规律。     

预测AP/HTPB推进剂药浆粘度的经验模型

高固体含量推进剂药浆粘度的理论处理很困难,本文提出了预测AP/HTPB推进剂药浆粘度的经验模型,把药浆粘度跟体积分数C_1关联起来,得到如下方程:logηr=ao+∑a_iC_i+∑b_iC_i~2+Σc_iC_i~3再采用回归分析,求解出每个回归系数。借助该模型,可预测单级配、多级配AP/HTPB推进剂药浆粘度。使用布氏粘度计测定药浆粘度。同时研究了药浆粘度与固体含量、AP粒度比和混合比的关系。     

1^#铝粉用于中燃速丁羟固体推进剂的研究

研究并考察了1~#及3~#铝粉对中燃速丁羟固体推进剂性能的影响。研究结果表明,通过球形AP级配调整,采用1~#铝粉代替3~#铝粉,不仅降低了推进剂成本,保持了3~#铝粉推进剂的良好性能,而且使常温延伸率提高5%左右。     

推进剂中燃烧铝滴直径分布和聚集状态的研究

本文给出了含铝推进剂燃烧时,气相中燃烧铝滴的直径大小与分布,讨论了配方中氧化剂粒度和铝粉粒度对铝的凝聚程度的影响。实验表明,由粗氧化剂组成的推进剂其燃烧时铝的凝聚是很明显的;并且,对应于相同的粗氧化剂,细铝粉比粗铝粉更易凝聚。实验结果支持复合推进剂中铝凝聚的“口袋模型”。本文还用显微密度分析方法对铝的凝聚燃烧机理进行探讨,发现有三种不同类型的光密度分布曲线,文中称之为液滴型,微滴型和液—汽过渡型,它们分別对应于铝的一种聚集状态。此外,还有一种在底片上无铝亮条出现的称之为气相型,它们的燃烧效率是依次升高的。     

少铝HTPE推进剂药浆流变特性研究

通过采用稳态剪切和小振幅振动剪切方法研究了少铝端羟基聚醚(HTPE)推进剂药浆的流变性能。研究表明,少铝HTPE推进剂药浆均具有假塑性、屈服性、非线性粘弹性和触变性等流变特性。在30～65℃范围内,推进剂药浆的粘流活化能高于HTPE粘合剂的粘流活化能,分别为27.31、10.95 kJ/mol。推进剂药浆在50℃时有明显触变滞后环,而在60℃时药浆的滞后环明显减小,升高温度可降低推进剂药浆的触变程度;根据配方组成特点及触变特性,建立了药浆的触变模型。少铝HTPE推进剂药浆固化过程可分为反应初期、反应加速期和凝胶反应期,药浆的凝胶时间在750 min左右;在反应初期,药浆储能模量和损耗模量增长缓慢,化学反应速率较低;在凝胶反应期药浆的储能模量和损耗模量增长很快,短时间内到达初始储能模量和损耗模量的几十倍。     

含铝推进剂的燃烧效率

为获得火箭顶级发动机所用推进剂的最优性能,本文就40种低燃速含铝推进剂配方的组分含量变化对其燃烧效率的影响进行了评价.所试验的推进剂由高氯酸铵、铝粉、环四甲撑四硝铵(HMX)和端羟基聚丁二烯组成.依据实验所得的铝凝聚尺寸、燃速和比冲数据可知,当燃速增加时,燃烧效率有增加的倾向;在低 L条件下,当铝凝聚尺寸减小时,比冲效率增加;铝凝聚的程度取决于口袋结构的特性,当口袋中的铝含量及铝与细 AP 质量比下降时,铝凝聚尺寸减小;口袋容积变小时,使用粗 HMX 具有减小铝凝聚尺寸的作用;HMX 的尺寸对燃速没有影响。     

纳米铝粉燃烧残余物的粒度分析

在常压下对纳米铝粉、普通铝粉及AP／Al/HTPB推进剂进行了点火试验，用激光粒度分析仪对燃烧残余物进行粒度分析。结果表明：纳米铝粉具有较低的着火点，而普通铝粉很难着火；普通铝粉在推进剂中燃料过程存在显著的凝聚行为，残余物粒度分布无规律，而纳米铝粉的燃烧则无明显的凝聚行为，燃烧物只是在尺寸上有所增大，粒度分布呈现较好的规律；纳米铝粉应用推进剂将有利于提高燃烧效率。     

防老剂对HTPB-IPDI高燃速推进剂性能影响研究(Ⅱ)

研究了胺类防老剂H（N，N-二苯基对苯二胺）和酚类防老剂甲叉4426－S（硫代双-（3，5一二特丁基-4-羟苄基）对HTPB-IPDI高燃速推进剂流变和力学性能的影响。实验结果表明，合防老剂H的推进剂药浆表现粘度增大，剪切速率指数变小，药浆的流动流平性变差，而甲叉4426-S对推进剂药浆的流动流平性影响较小。当推进剂的常温抗拉强度σm，相当时。加入防老剂H的推进剂其他力学性能比空白和含甲叉4426-S配方的力学性能略有提高。     

固体推进剂用铝基复合材料的制备及性能

采用机械合金化法制备了一种新型铝基复合材料,并用X射线衍射、差示扫描量热和扫描电镜等技术对样品进行了表征,比较了铝基复合材料与铝粉在燃烧热、密度、耗氧量及对HTPB/AP推进剂能量贡献方面的差别,运用差示扫描量热法研究了铝基复合材料对氧化剂AP分解的催化作用。结果表明,铝基复合材料形态规整,其主要组成相为单质Al和MgH2,真密度为2.4763 g/cm3,耗氧量为0.890 8 g(O2)/g,实际燃烧热大于30 000 kJ/kg,燃烧效率达到94%,远高于同粒度的超细铝粉;用铝基复合材料代替丁羟推进剂中的铝粉后,推进剂的理论能量水平大大提高;铝基复合材料对AP的热分解有很好的催化作用。     

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。     

延长丁羟推进剂适用期的实验研究

本文介绍了用旋转粘度计测量推进剂固化系统(即药浆分散相)粘度的方法,进行丁羟推进剂适用期延长剂筛选的实验研究,以及用推进剂药浆验证的结果,发现最有效的适用期延长剂是四环素.