低燃速的端羧基聚丁二烯丙烯腈(CTBN)推进剂

对端羧基聚丁二烯丙烯睛(CTBN)液体共聚物为粘合剂的极低燃速的复合固定推进剂进行了论证。本计划的目的是,研制一种用于燃气发生器的(StarterCartridge)、压力在70公斤/厘米~2(100磅/英寸~2)下,燃速指标为1.78毫米/秒(0.070英寸/秒)的推进剂。选择了双环氧交链系统的低丙烯睛 CTBN 粘合剂,因为它的老化性能和工艺性能较之一般的粘合剂材料优越。在改进的 MK6气体发生器装置中,用浇注单孔圆柱形的、端面包复和外圆柱面包复的推进剂药柱进行弹道性能评定。用50%双级配的过氯酸胺、30%CTBN 粘合剂和20%装填密度高的硝基胍组成的推进剂配方成功地满足了设计要求,在要求的压力与温度25℃(77°F)下,达到了1.70毫米/秒(0.067英寸/秒)的燃速指标。当压力在35公斤/厘米~2(500磅/英寸~2)到70公斤/厘米~2(1000磅/英寸~2)范围内,温度在-54℃和74℃之间时,所测得的温度敏感系数π=0.36%/℃(0.20%/°F)。通过初步的力学性能和物理性能试验表明,此种类型的药柱设计在工作条件下,是合格的。因此,这种推进剂用于各种低燃速的场合似乎是有吸引力的。     

复合推进剂热降解机理的研究

为了系统地研究氧化剂在复合推进剂热降解过程中的作用曾作过试验计划。主要分析工具是扫描式电子显微镜(SEM),用以检测推进剂试样热降解破裂部位。试验配方变量为氧化剂纯度、粒度和氧化剂一粘合剂的粘结剂。整个试验期间粘合剂保持不变,均为饱和碳氢化合物。氧化剂为纯高氯酸铵、含氯酸盐的高氯酸铵、含砷酸盐的高氯酸铵和含磷酸盐的高氯酸铵。氧化剂粒度分布为:粗粒度60%,细粒度40%,采用两种二级配混合物;125—175 μ/<44 μ和175—250 μ/44—88 μ。用粘结剂时,其用量为0.15%左右。试验变量为温度和应力,温度用100℃、135℃和170℃,应力用0.29公斤/厘米~2和0.61公斤/厘米~2。试验数据表明,氧化剂纯度和粒度对热降解过程有显著影响。在高温和应力作用下,氧化剂粒度影响较大。用扫描式电子显微镜检查推进剂破裂部位表明,大颗粒氧化剂的破碎导致推进剂龟裂。     

高密度比冲推进剂

目前通用的推进剂制造工艺,已能生产20,000多台高密度比冲推进剂的火箭发动机。这种CTPB基推进剂释放的能量高达20磅—秒/英寸~3。相比之下,有些发动机使用的CTPB/AP推进剂却低于11磅一秒/英寸~3。这类推进剂极适用于体积受到限制的系统,如飞行员逃逸系统。它们在宽达-54～+93℃的温度范围内检验合格,并在+129℃下作过试验。这类高密度比冲的推进剂可应用于M119脱轨补偿这类火箭发动机,而它要求的高装填分数是CTPB/AP推进剂所达不到的。     

高性能战术导弹发动机的研制

根据空军火箭推进实验室的合同 F021611—78—C0061,已研制了一种固体燃料火箭发动机,用于空中发射高性能战术导弹。该发动机采用了凯夫拉纤维缠绕壳体,高固体含量的 HTPB 推进剂,直径为20.5英寸。它包括连接凯夫拉壳体的飞机发射吊耳连接器,塑料的火箭式点火器,EPDM 绝热层和含90%固体,其中22%铝粉的推进剂配方。到目前为止,已制造了五台壳体,其中两台为发动机。一台已进行了水压爆破试验,有两台以假发射/系留飞行加载的安装形式进行结构试验,两台用作发动机,并在环境温度和一65℉温度条件下成功地进行静态试验。低温发动机试验包括在燃烧初期和末期有两次感应冲击脉冲,以便试验弹道稳定性。发动机的性能极好,得到的比冲与予计的相同。全面鉴定了高固体含量 HTPB 推进剂(TP—H1203)在-65℉温度下的力学性能。对推进剂的松弛模量、双轴拉伸,高速/加压的单轴拉伸性能进行了测量;还对裙部剪切强度,人工脱粘的拉伸强度及绝热层/包复层/推进剂系统之间的模拟人工脱粘端面强度进行了测量。由于发动机和推进剂的实验成功,因此,研制计划扩大了。其中包括将壳体结构重新设计以便完全适合于系留飞行加载环境,并解决在结构加载试验中所发现的强度/刚性问题。这一新的工作将包括另外制造两台壳体,进行结构试验及实验室材料试验和缩比的结构评价等项目。石墨纤维将与凯夫拉为基的叠层片成为整体,使壳体结构足以承受局部超过37,000磅的径向载荷。     

用于聚氨酯推进剂的键合剂

本专利提出了一种改进的键合剂,它是丙烯腈与多烷烯多胺的加成物,然后用对甲苯磺酸进行部分中和,文中提供了该化合物的制备方法,介绍了含有这种键合剂的聚氨酯推进剂配方及其性能。以前,曾提出使用键合剂在固体推进剂填料周围形成一个坚韧的粘合剂层,填料一般是氧化剂。这一包络层通过主化学键交联在粘合剂基体中。为此,键合剂必须被吸附在氧化剂表面上并形成坚韧的粘附层。大家知道的一种键合剂是2,3—二羟基丙基双(2—氯乙     

高性能非脆变双基推进剂

这项工作是由赫克里斯公司阿里根尼弹道试验室完成的,是为美国海军战术导弹的应用而改进高性能硝酸酯增塑推进剂工作的一部分。总的目的是研制一种性能卓越的推进剂,它在舰队防御环境下不会发生脆变。尤其需要一种推进剂能满足或者超过美国海军近代高性能验证发动机(HPDM)计划的要求。方法是将聚乙二醇预聚物用于混合增塑剂(50/50N G—BTTN)作为非脆变粘合剂的主要成分。这种增塑剂系统已在其它的赫克里斯计划中经过验证,与 NG 或 BTTN 晶种接触,即使经过长期的—54℃～—12℃之间的温度循环也不会发生脆变。以1磅规模对固体含量为73%～80%的推进剂进行了试验,以调节工艺性能、力学性能。成功地研制出了一种能达到 HPDM 计划要求的固体含量为73%的非脆变推进剂。80%固体含量推进剂的研制工作表明,这类推进剂是可行的,但还需要进一步的研究。     

中心孔药柱中燃速的径向变化

大西洋研究公司提出了一种分析固体发动机药柱燃烧状况的计算机程序化方法,本法可直接计算局部燃速对已燃药厚的平均燃速的比。包括使用标准批检验发动机的某些特殊试验在内,对几种不同构形的中心孔药柱燃速比的药厚变化效应(“虹效应”)及数值进行了评估。分析表明这种燃速比的药厚效应是由制造方法引起的.实际上与尺寸、长径比、控制温度、燃速和药厚等发动机参数无关。提出了一种假说,认为此种药厚效应的起因与推进剂富粘合剂层的条痕结构有关,而条痕的形状又与制造方法及药柱构形有关。迄今积累的数据表明,对圆孔药柱而言,事先固定芯子的装药比先浇注后插入芯子的装药燃速约高3—4%。药柱上的各种槽沟往往限制了各点虹效应的精度确定,尽管在全部的构形中均可看到总的虹效应,且最大与最小值的差一般均在3—6%范围内变动。本文给出了各种发动机的燃速比数据,其推进剂重量从10磅左右至2000磅,长径比1:1至8:1,药厚从小于1英寸到大于7英寸,药形有槽管状、锥柱状、一端和两端的圆柱状。     

“挑战者”号航天飞机的失事原因

美国宇航局(NASA)于二月间公布了“挑战者”号航天飞机失事前最后几秒钟的一组照片,调查员们特别注意照片中的右侧固体助推火箭上的“异常的火焰” .长达几英里的计算机磁带记录也显示出“挑战者”号右侧助推器的推力在航天飞机爆炸前10秒钟突然发生原因不明和意外的下降.据《纽约时报》报导,该助推器的压力突然下降了30磅/英寸~2,推力减少了10万磅.计算机的数据表明,在“挑战者”号的高灵敏度的飞行控制系统的控制下,所有其他发动机的五个喷口都转向一侧,以恢复平衡.     

复合固体推进剂燃烧的多焰模型

本文提出了高氯酸铵(AP)复合推进剂的一种燃烧模型。此模型是根据各个氧化剂晶粒周围的火焰结构建立的;对氧化剂晶粒和粘合剂骨架之间的关系进行了统计估计。考虑了三个不同火焰区:1.粘合剂和氧化剂分解产物之间的初焰;2.预混氧化剂焰;3. 以上两种产物的末扩散焰。对于气相反应,可假定为简单的球形运动,而且假设推进剂组分的表面分解可用简单的阿仑尼乌斯(Arrhenius)方程表示。燃烧过程中氧化剂的分解则被取作总的控制因素。所得结果表明,计算出的表面温度和从模型预测的氧化剂含量影响与实验的趋向一致。预测的颗粒大小影响比实验值稍高,而温度敏感度与实验数据完全符合。计算结果表明,在推进剂表面发生比较强烈的放热反应。显然,高氯酸铵在表面薄层熔化时部分地放热分解,这在以往的AP爆燃研究中曾报道过。     

RDX／AP／A1／HTPB推进剂配方工艺性能和力学性能研究

选用了3种不同规格的HTPB粘合剂、3种高性能键合剂和3种不同粒度的球形铝粉来研究以TDI为固化剂的高固体含量（88％）的RDX/AP/Al／HTPB丁羟推进剂的力学和工艺性能，研究结果表明，使用高分子量、低粘度的HTPB粘合剂和3^#高性能键合剂能明显改善RDX／AP／Al／HTPB推进剂宽温度范围内的力学性能和工艺性能；采用细粒度球铝粉能使工艺性能得到改善，而对力学性能影响不大。     

端羟基聚丁二烯推进剂的工艺助剂

本专利叙述一种含羟基聚丁二烯聚合物和固体氧化剂的高固体含量固体推进剂新配方。这种推进剂的改进是在配方中加入一种少量的有效化合物,提高其适用期,并降低药桨粘度。添加的化合物是从通式为(?)或(?)的化合物中选择的,式中 R 为氢、ω—羟烷基、苯基、环已基,(?)R′为ω—羟烷基或羟苯基;R″为烷基;R′″为烷基或芳香基;m 和 n 为1～20的整数。本发明还叙了述这种固体推进剂配方的拟定方法以及浇注和固化。     

航天飞机的固体火箭发动机

本文介绍了航天飞机用的助推固体火箭发动机(SRM)。其类型分为三种:当前执行任务的标准SRM,空间飞行运输8号用的高性能SRM;以及计划在1985年飞行用的纤维缠绕壳体SRM。航天飞机的SRM是获得飞行状态中最大的固体推进剂发动机,其直径为146英寸,长度为125英尺,装有1111000磅固体推进剂,最大推力(真空条件下)为3115000磅力。在首次飞行前成功地进行了7次地面试车,随后的三次飞行试验满足了发动机的全部技术指标。计划提高航天飞机的性能,从东海岸发射的有效载荷达到65000磅,在西海岸发射时(极轨道)达到32000磅。航天飞机性能提高是由于:1.采用高性能的SRM使航天飞机的有效载荷增加3000磅。2.SRM使用纤维缠绕壳体结构使航天飞机的有效载荷增加6000磅。前者靠改变SRM的推力——时间曲线和提高喷管的膨胀比来实现;后者靠减少壳体的消极重量来实现。     

凯夫拉—环氧树脂压力容器在室温和高温下的静态疲劳寿命

本文讨论了50台把凯夫拉-环氧树脂作为壳体基体材料的纤维压力容器的实验情况。1978年以来,在室温条件下对15台球形容器进行了连续加压实验,壳体均没有破坏。另外也叙述了目前正在进行的175℉和200℉下其它壳体试验的一些情况。实验温度高于200℉的20台容器已进行了爆破试验,通过把容器加压到室温下实际平均爆破压力的一半,然后持续置于250℉的环境中,测得球形容器使用寿命为19—31小时,圆筒容器为48—160小时。虽然目前尚不清楚静态疲劳寿命随容器的形状而明显不同的原因,然而本文对所观察到的这种特性提出了一项假设。     

惯性顶级发动机壳体研制

本文详细介绍了化学系统分公司(OSD)研制的惯性顶级(IUS)推进系统采用的63英寸和92英寸直径的凯夫拉/环氧纤维缠绕的火箭发动机壳体的设计和试验结果。IUS 要求发动机壳体结构性能超过大型复合材料发动机壳体当前的技术水平。尤其要求 SRM—1裙的结构承载超过凯夫拉/环氧裙当前水平的50%,压力容器的性能超过当前水平的35%。至今多次全尺寸爆破压力试验表明惯性顶级发动机壳体超过了当前技术水平的要求,壳体效率(PV/W)高达1.27×10~6英寸。SRM—1结构试验在压缩线载荷—3564磅/英寸和峰值为2298磅/英寸的剪切载荷联合作用下,超过当前技术水平48%,超过要求值的18%。     

HNIW的燃烧性能研究

采用固体推进剂燃烧过程实时监测与燃速测定系统对硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)的燃烧性能和催化燃烧性能进了研究;在固体推进剂燃烧火焰温度分布测试系统中,采用对强度法对HNIW的燃烧火焰温度分布进行了测定。结果明,HNIW在低压强范围内(1-6MPa,7-13MPa,1-13MPa)有较高的压强指数,15-19MPa的压强范围内,存在一平台烧区。在1-13MPa的压强范围内催化剂OME能显著地降HNIW压强指数;HNIW的最高燃烧火焰温度随压强的升高近于理论燃烧温度,说明相对光强法更适合于测定高压条件高燃速推进剂的燃烧火焰温度分布。     

含负压力指数固体推进剂的压力响应函数

根据呈正、负压力指数燃速特性的固体推进剂的稳态燃烧模型,导出了一个新的压力响应函数公式,它可用来说明燃速压力指数为零、正、负各类推进剂的压力耦合现象。燃烧中的推进剂被划分为两部份:一部份是由熔化了的粘合剂所覆盖的氧化剂表面与其相对应的粘合剂表面所组成,而另一部份则由未被覆盖的氧化剂表面同剩下的粘合剂表面组成。与以往的各类模型不同,在上述的前一部份燃烧表面的燃烧中,考虑了氧化剂在熔化粘合剂覆盖的条件下存在着反向气化和凝相反应,故使所得的压力响应函数的实部在推进剂稳态燃速的压力指数为零或负值时也可为正值。利用所获得的压力响应函数的表达式对试验用推进剂(S04-5A)作了定量计算,计算结果满意地说明了,负压力指数推进剂在氧化剂被熔化粘合剂大面积复盖时也存在不稳定燃烧的现象。这不仅克服了以往所有压力响应函数表达式均难以用于负压力指数推进剂的缺陷,而且也从一个侧面反映了呈正、负压力指数燃速特性的固体推进剂稳态燃烧模型的正确性。     

GAP/AN燃气发生剂研制

为了满足火焰药起动器，燃气发生器的特殊要求，研制了一种排气洁净，无烟，无腐蚀，低燃温，低残渣的富能燃气发生剂配方。这种燃气发生剂以聚叠氮缩水甘油醚炎粘合剂，球形，相稳定的改性硝酸铵为氧化剂。该燃气发生剂热稳定性好，在大气中燃无可见烟雾，燃速为２．３－５．８ｍｍ／ｓ，燃速压强指数为０．５５燃温小于１２００℃，燃烧残渣含量为２．８％。力学性能满足使用要求。     

用作推进剂组份的丁二烯与二茂铁衍生物共聚的端羟基共聚物

本文介绍了乙烯基二茂铁与丁二烯的共聚物及其制备方法。当从偶氮—双—(2——甲基——5——羟基——戊腈),偶氮一双——(羟乙基——2——甲基丙酸酯)和偶氮——双——(2——甲基——3——羟基——丙腈)偶氮类引发剂中,选择一种引发剂引发进行聚合时,在有机溶剂中生成共聚物。该共聚物可用作固体推进剂配方的粘合剂,并用来提高固体推进剂的燃速。     

纤维缠绕壳体材料的粘弹性蠕变性能

在各种载荷条件下测量了用于固体火箭发动机壳体的 S-901玻璃纤维/环氧树脂复合材料的粘弹蠕变特性。试样从纤维缠绕发动机壳体的前封头,纤维缠绕角为±20°和±70°的区域内切取。在不同的拉伸应力和四点梁弯曲应力水平的条件下对试样进行测试。通过几次蠕变——恢复周期来确定材料的蠕变特性。为了测定材料在较低的应力水平下的滞后现象也用四点梁弯曲试验进行了等位移速率试验。发现材料的特性在许多方面类似于从前在等同条件下试验的气压釜固化的平板试样的特性。蠕变特性随时间的变化服从如下幂定律:D=D_0+D_1f~n式中:D 为蠕变柔量(磅/英寸~2~(-1))D_0为初始弹性蠕变柔量。D_1和 n 确定了材料的粘弹响应特性。在线性粘弹性范围,n=0.19。这与环氧树脂本身得出的数据完全一致。在较高应力水平下,由于复合材料内部产生的微裂纹而使 n 值增加。在第一次和第二次加载循环之间,蠕变——恢复特性出现最大差值,而在随后的加载条件下 n 值稍许降低。     

组分对CMDB推进剂抗过载性能的影响

应用于炮射导弹的发动机推进剂药柱在其发射期间承受几千甚至上万g的高过载,对推进剂的抗高过载性能提出了要求。根据3种配方CMDB推进剂20℃下的宽应变率单轴压缩实验,分析了固体填料含量对CMDB推进剂屈服应力的影响,并建立了3种配方CMDB推进剂Prony本构模型;通过有限元仿真软件建立了某一管型药柱的高过载模型并进行数值计算,对比了3种CMDB推进剂在高过载下力学响应的差异和抗过载性能的优劣。结果表明,3种推进剂配方在同一载荷工况下具有相同的最大应力,同一应变率下屈服应力大的推进剂配方抗过载性能更好;对于20℃的应用温度,CMDB推进剂最大抗过载幅值随固体填料增加呈现先增加、后减小的趋势,CMDB推进剂配方存在一个最佳固体填料含量,使得抗过载性能最好。