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。     

复合固体推进剂直写式3D打印工艺及其性能

开展了高固含量含能材料——复合固体推进剂的增材制造技术研究,开发出气动直写式增材制造打印系统,研制了相应的光固化三组元推进剂配方。同时,通过感度测试表明该光固化推进剂配方与普通热固化三组元配方危险等级相当,可以实现较安全打印。通过打印工艺参数的调节等大量试验研究,确定了打印头直径为1.5～2 mm,打印头直径越大精度越低,并获得了不同形状固含量75%和80%的推进剂药柱,进一步热固化后测试其抗拉强度分别为0.68、0.61 MPa,最大伸长率为31%、30%,密度为1.60、1.63 g/cm~3,6.68 MPa下的静态燃速为5.10、8.81 mm/s。随后,采用固含量80%的推进剂配方打印了?127 mm试验发动机药柱,成功实现地面点火,测得发动机的平均动态燃速为r=9.034 mm/s,平均压强为p_(tb)=6.112 MPa。     

固体组分含量对GAP/CL-20推进剂燃烧性能的影响

利用水下声发射法测试静态燃速、线性回归法计算燃速压强指数,研究了GAP/CL-20高能固体推进剂中的固含量,固体组分AP/CL-20、CL-20/Al、Al/AP相对含量等配方组成因素对其燃烧性能的影响。结果表明,固含量在一定范围内升高,使燃速和燃速压强指数均升高;AP/CL-20中AP、CL-20/Al中CL-20含量的增加,均使燃速升高,而燃速压强指数下降;Al/AP中Al含量的增加,使推进剂的燃速下降,而燃速压强指数升高。最后,对GAP/CL-20高能固体推进剂燃速的主导机制进行了简单分析。     

低燃速高固体含量HTPB推进剂

对大型发动机用的低燃速高固体含量HTPB推进剂进行了研制。采用超支化SU-2助剂降低推进剂药浆粘度为提高配方固体含量的方式,优化SU-2助剂含量,研制出固体质量分数89%的推进剂配方。依据抑制AP分解的质子转移机理,分别用高氯酸烷基胺衍生物A1N、草酸铵T29降燃速剂,获取低燃速HTPB推进剂,针对试验得到的推进剂性能数据,分析了单项降燃速剂的推进剂燃烧性能存在不足,提出了选用价廉的高氯酸烷基胺衍生物A1N/草酸铵T29/细AP复配方法,既降低燃速又能降低压强指数。经装药试验验证,获得6.86 MPa燃速5.185 mm/s,3～11 MPa压强指数0.328,密度≥1.80 g/cm3,20℃最大拉伸强度σm≥1.0 MPa,-40℃最大伸长率εm≥61.0%;5 h使用期粘度为2625 Pa·s;综合性能优良的高固体含量低燃速HTPB推进剂。以提高推进剂固体含量增加密度,增大HTPB推进剂比冲的设计方法,可供低燃速HTPB推进剂的发动机借鉴。     

降速剂对低燃速NEPE推进剂高压燃烧性能的影响

添加降速剂和调节RDX/AP含量是调节NEPE推进剂燃速的两种常用途径。采用水下声发射燃速测试仪、密闭燃烧器、BSF φ75 mm发动机等测试方法,研究了低燃速NEPE推进剂静态高压燃烧性能规律和发动机动态高压燃烧稳定性。研究发现,NEPE推进剂的中低压区燃速随着降速剂含量增大而显著降低,高压区燃速降低幅度相对较小,燃速-压强(r-p)曲线在15 MPa和45 MPa出现两个拐点,而且降低RDX含量对降低高压段燃速作用显著。BSF φ75 mm发动机试车结果表明,低RDX含量的C1配方(28%)最大工作压强不超过20 MPa,而高RDX含量(38%)的C4配方最大工作压强达到30 MPa。发动机稳定燃烧的最大压强随NEPE推进剂的燃速降低而下降,主要原因是低燃速推进剂铝粉燃烧效率降低使凝聚相燃烧产物含量和粒度增大。     

镁铝富燃料推进剂燃烧性能研究

为了研究镁铝富燃料推进剂燃烧性能,采用捏合机混合物料、真空浇注、恒温固化的方法制备推进剂试样,用靶线法测试推进剂燃速(0.5~2.0 MPa),用Vieille经验公式r=apn计算压强指数。研究表明,细粒度AP含量增加,燃速逐渐增加,而压强指数先升高后降低。采用复合催化剂GFP/Fe2O3可同时提高燃速和压强指数。当催化剂质量含量为5%时,改变GFP/Fe2O3比对推进剂的燃速及压强指数的影响与氧化剂AP级配有关。对于细粒度AP含量高的配方,GFP/Fe2O3对燃速和压强指数影响较大。金属含量对燃速影响较大,对压强指数影响很小。而Mg/Al比对燃速和压强指数影响都很小。随着氧化剂中KP含量增大,燃速呈下降趋势,压强指数先升高后下降。     

新型降速剂对聚醚推进剂燃烧性能的影响

为了进一步降低聚醚推进剂燃烧速度,采用TG/DTA法分析了新型降速剂对推进剂主要组分(粘合剂、增塑剂、氧化剂)热分解行为的影响,并考察了降速剂在聚醚推进剂中的应用效果,研究了降速剂粒径、含量对推进剂燃烧性能的影响。研究表明:新型降速剂可以抑制PET、AP的热分解,使PET分解温度提高约40℃,使AP低温分解提高约30℃,使高温分解提高约15℃;新型降速剂在聚醚推进剂中降速效果明显,当用量为2%,压强为7 MPa下静态燃速由8.73 mm/s降低至6.26 mm/s,降幅为28.3%,动态燃速由10.85 mm/s降低至8.59mm/s,降幅为20.8%,效果优于碳酸钙、草酰胺等常用降速剂;提高降速剂含量、减小粒径,均有利于提高降速效果,但对降低压强指数没有作用。该降速方法可以推广到其他推进剂体系中。     

可燃喷管固体助推器的研究现状

本文介绍了低成本、高可靠性运载火箭固体助推器可燃喷管的研究现状.可燃喷管是用一种低成本、高强度和低燃速推进剂制成的,宅在工作过程中可以燃烧,有利于固体火箭发动机降低成本和提高可靠性.其可行性已由美国联合工艺公司所验证,并由φ152mm 和φ762mm 发动机试车所证实.试验结果表明,可燃喷管的消蚀速率(相当于药柱的燃速)高于预估值,发动机性能优于预计情况(实际比冲比预计比冲1979.6N·s/kg 高25.5N·s/kg).     

低燃速HTPB复合推进剂过载情况下燃烧性能试验研究

利用固体火箭发动机离心试验方法,研究了低燃速(4 mm/s,4 MPa)、高铝粉含量的HTPB复合推进剂在过载情况下的燃烧加速度敏感性。试验分2组进行,第1组试验发动机平均工作压强为4 MPa,第2组为12 MPa,分别在0、5gn、8gn、15gn离心加速度条件下进行试验。通过对试验机理和试验数据分析发现,此类HTPB复合推进剂的燃速对过载加速度非常敏感。在较低加速度情况下,垂直于加速度的燃面处燃速出现了增加;同一压强(4 MPa)下,在0~15gn范围内,燃速与加速度近似呈线性关系。     

PEPA/AP膏体推进剂配方研究

开展了PEPA／AP型膏体推进剂配方研究。结果表明，PEPA／AP膏体推进剂的流变行为遵循Ostwalld幂定律，通过增稠剂种类和含量的改变可有效调节膏体推进剂的流变参数，增调剂NJ－4可使膏体推进剂具有良好的稳定性并保持稳定的流动性。燃烧调节剂FC－1能有效改善配方的点火和燃烧性能，拓宽了燃速范围（6．86MPa下，燃速15mm/s指高到15mm/s以上），显著降低了燃速压强指数（2．94－8．83MPa下，压强指数由0．71降至0．4）。     

H_2O_2/HTPB缩比固液火箭发动机药柱燃速试验研究

对采用90%H2O2/HTPB基推进剂组合的缩比固液火箭发动机开展了药柱燃速试验研究,得到了不同点火方式和不同氧化剂流率下的药柱燃速。试验结果表明,在相同的氧化剂流率下,催化点火方式比点火药点火方式药柱燃速要高,燃烧室压力更为平稳,同时建压时间要长。根据点火药点火方式下不同氧化剂流率的药柱燃速拟合得到了燃速公式,并运用燃速公式对300 mm全尺寸发动机进行了装药设计及内弹道性能计算,得到的理论性能曲线与试验结果吻合很好,验证了本文采用的燃速研究方法及结果。     

高燃速推进剂标准物质研究

在高燃速推进剂成熟配方的基础上选择标准物质的候选物,确定了合理的试样尺寸和制作工艺,制备了燃速定值范围在35~60、70~90、100~120 mm/s的3种高燃速标准物质。其均匀性和稳定性经考核合格后,采用多次定值试验确定其特性量值与不确定度。结果表明,高燃速推进剂标准物质可满足不同燃速范围燃速仪检定的需要,可确保测试结果准确可靠。     

HTPB推进剂用季铵盐高效降速剂研究

低燃速、高比冲端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂是先进固体火箭发动机发展的重要方向,针对HTPB推进剂用传统降速剂的降速效率不高,且容易造成推进剂能量损失等问题,设计合成了以NF₂SO₃^-、CF₃SO₃^-、BF₄^-、ClO₄^-为阴离子的含有长链烷基的新型季铵盐降速剂。对这些降速剂进行了SEM和DSC表征、燃速测试及量子化学计算,研究了它们抑制高氯酸铵(AP)分解和降低HTPB推进剂燃速的作用规律,探讨了高氯酸根季铵盐的降速机理。结果表明,这些季铵盐降速剂对AP的热分解均具有一定的抑制作用,与添加相同含量(1%)草酸铵的推进剂燃烧性能相比,它们的降速幅度提升均超过4.5%,降速效果最好的BPE-1524CD的降速幅度提升达到10.43%;在相同燃速条件下,添加BPE-1524CD降速剂的推进剂燃烧残渣比添加草酸铵的降低了50%,比冲提高了10～20 N·s/kg;三种高氯酸...     

氧化剂和团聚硼粒度对富燃料推进剂燃速特性的影响

考察了细AP和团聚硼含量对含硼富燃料推进剂燃速特性的影响.结果表明,随细AP含量和团聚硼含量的增大,推进剂燃速增加,燃速压强指数也呈增加趋势.同时,以BDP模型为基础,将硼粒度对推进剂燃速特性的影响引入燃速表达式,表达式表明细AP和团聚硼有利于提高氧化剂的燃烧表面积在燃面上的比例,从而有利于提高推进剂的燃速.     

以静态燃速预示固体发动机燃速

对同一工艺条件下大量的药条燃速、φ127 mm发动机燃速和全尺寸发动机燃速进行了测试和研究,对不同截面尺寸的药条燃速测试结果和精度进行了比较。结果表明,当选择合理的药条截面尺寸时,药条燃速与全尺寸发动机燃速间具有满意的相关性,可对全尺寸发动机燃速进行预示。研究结果可用于固体发动机工程实际。     

细高氯酸铵（AP）贮存时间对中燃速丁羟推进剂燃速的影响

采用推进剂静态燃速测试和细高氯酸铵粒度测试等方法，研究了细高氯酸铵贮存时间对中燃速丁羟推进剂与细高氯酸铵粒度的影响。研究发现：在一定时间内，中燃速丁羟推进剂的燃速与细高氯酸氨贮存时间存在线性关系；在配方中，细高氯酸铵的含量不同，其贮存时间对中燃速丁羟推进剂燃速的影响也不同；细高氯酸铵贮存时间对中燃速丁烃推进剂燃速的影响主要是因为细高氯酸争粒度的变化。     

奥克托金复合改性双基推进剂的燃烧特性

研究了奥克托金复合改性双基推进剂的燃烧波结构,测定了燃速与HMX含量的关系。在HMX含量低于50%时,燃速随HMX含量的增加而降低;在HMX含量高于50%时,燃速随HMX含量的增加而增大。在HMX含量低的区域内,燃速主要受气相反应速率控制,HMX的加入使暗区反应速率增大,嘶嘶区的反应速率降低,气相反馈给燃烧表面的热量减少。在HMX含量高的区域内,燃速主要受凝聚相反应速率控制,燃烧表面的反应热随着HMX含量的增加而增加。     

丁羟高燃速配方应用研究

某课题丁羟燃速推进剂配方进行了多批次实验。实验证明：不同的二茂铁燃速催化剂对配方燃速催化效果有很大的不同，卡托辛作为高燃配方的燃速催化剂其催化能力明显高于叔丁基二茂铁；细AP粒度的微小变化对配方燃速、力学、工艺必能及催化效果影响很大，只有严格地控制好细AP粒度，才能有效地调节出性能稳定的高燃速配方。     

AP的聚集对CTPB推进剂端燃药柱边界效应的影响

为考察AP的聚集对端燃药柱燃烧边界效应的影响,以CTPB推进剂端燃药柱为研究对象,从药柱剖切面的中心到边界进行等距取样,分别采用GJB 770B—2005和SEM-EDS测试了不同部位试样的燃速和Cl元素含量(代表AP含量)。结果表明,在药柱剖切面上,燃速由中心向边界逐渐增加,呈现出典型的燃速边界效应;同样,AP含量也由中心向边界逐渐增加,表明燃速边界效应是由AP含量分布不均造成的。浇注方式对端燃药柱燃速边界效应具有明显影响,采用全燃面浇注方式可以消除药浆浇注过程中侧向流动导致的AP含量分布不均的现象,从而弱化燃速边界效应,有助于提高端燃药柱的燃烧稳定性。     

复合催化剂对PET型燃气发生剂燃烧性能的影响

通过催化剂的筛选及燃烧性能试验,得到了一种较好的复合催化剂GP/ZC。试验结果表明,复合催化剂GP/ZC既能一定程度上提高PET型燃气发生剂燃速(9 MPa下燃速最高达7.4 mm/s),又能大幅度降低PET型燃气发生剂压强指数(压强指数最低降到0.19)。