宇航飞行器复合推进剂的发展

日本于1957年成功地发射了一枚小型探空火箭 K-3,这是日本第一枚复合固体推进剂火箭。从那时候以来,对复合固体推进剂进行了许多方面的研制。所研制的聚酯、聚硫、聚氨基甲酸酯以及聚丁二烯聚合物,均被广泛地作为探空火箭或卫星运载火箭的复合固体推进剂的粘合剂基体。日本研制的端羧基聚丁二烯(CTPB),在工艺性能、力学性能以及燃烧性能方面,均比其它聚合物好。这种聚合物(JSR·CTPB S-21)已经应用到日本典型的宇航飞行器中,例如 M-3 A、TT-500A、M-13等。另一方面 HTPB 最近作为一种新的优良的聚丁二烯粘合剂材料已引起人们极大的兴趣。它已用于目前正在研制的一些火箭发动机中。通过我们的共同努力,新的 HTPB 聚合物已经进入实用阶段。正在研制的高性能的远地点发动机(ABM)就使用这种 HTPB 推进剂。     

HTPB推进剂的老化及使用寿命

为了进行老化评价研究,选择和研制了三种不同固体含量的(88～91%)端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂。已经证实,88%固体含量的HTPB推进剂符合以前提出的老化模型。这种老化模型已成功地进一步用于较高固体含量的推进剂以及其它计划用的HTPB推进剂的实测力学性能老化数据。采用这种老化模型,根据加速热老化试验数据予测了长期力学性能,予测数据与六年实测老化数据相当一致。利用予测的推进剂破坏性能,结合火箭发动机的要求,来确定予先选定安全裕度的发动机药柱的使用寿命。本文列出了各种复合推进剂老化速率的比较数据。根据老化结果的分析,提出了一个宽范围老化行为的数学表达式。     

AP级配及含量对HTPB固体推进剂界面约束作用影响机理研究

复合固体推进剂是一种含能非均质颗粒填充材料,其基体聚合物分子通过物理缠结及氢键作用吸附于填料表面,产生基体-填料界面相互作用,这种相互作用使基体聚合物交联网络分子的运动受到限制。以高氯酸铵(AP)级配及含量不同的端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂为研究对象,通过动态力学试验、溶胀试验、单向拉伸试验、循环拉伸试验,探究了AP级配及含量变化引起的HTPB固体推进剂界面约束作用差异,并探究其对推进剂结构及性能的多维度影响。结果表明：随着细粒度AP含量及AP总含量的提高,约束区域占比增加,基体交联网络分子受限作用增强,HTPB固体推进剂界面相互作用提高,单向拉伸状态下的推进剂强度、模量提高,伸长率下降;循环载荷作用下,约束作用则提高了能量耗散过程,加剧HTPB固体推进剂疲劳损伤进程。     

硝胺/端羟基聚丁二烯复合推进剂固化机理的研究

第一部分众所周知,为了获得具有优良力学性能的端羟基聚丁二烯(HTPB)复合推进剂,必需添加键合剂(BA)。而对于含高氯酸铵(AP)的推进剂,一种亚胺化合物—1.2—三[二甲基氨丙啶]氧化膦(MAPO)一是有效的键合剂。本报告用测定异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、MAPO 和粘度随时间变化的方法研究了     

HTPB聚合物特性对推进剂性能的影响

引言端羟基聚丁二烯(HTPB)聚合物作为固体火箭推进剂的优良粘合剂材料已引起人们很大关注。Law[1];Oberth[2]、Layton[3]及其他学者对 HTPB 聚合物特性和 HTPB 推进剂的物理化学性质进行了广泛的研究。但是,有关 HTPB 聚合物特性对推进剂性能的影响方面的报导很少。特别是复合固体     

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。     

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...     

含镁洁净推进剂

美国锡奥科尔公司开发了含镁洁净推进剂。该推进剂燃气中的Mg(OH)_2中和由AP分解产生的HCl,使其在燃气中含量低于1％。这种推进剂能满足高级发射系统(ALS)的可靠性、成本、性能特征、弹道、力学性能及安全性能的要求。对这种推进剂的可变性和灵敏度的预测表明,该推进剂在可靠性方面与现在含铝的HTPB推进剂相当;弹道可调范围能满足任何ALS的设计要求;由于固体粒子含量低,该推进剂的力学性能良好,生产工艺简单;危险性等级(DoD零卡分级)为1.3级。     

国外复合固体推进剂的现状

前言当前国外在火箭推进剂领域中正大力发展固体推进剂,特别是 HTPB(端羟聚丁二烯)推进剂已被广泛地应用在战略、战术火箭以及航天的大型助推器上。标志着复合固体HTPB 进剂作为全面发展的推进剂已日趋成熟。由于这方面的资料国内已有大量报导,不再赘言。     

二、推进剂研制

R-45MHTPB的分析报告/李佩珠/1983(1),109～111 本文对引进的大西洋富田公司(ARCO)的R-45M HTPB进行了分析,并与国产丁羟胶作了对比实验,分析结果表明:引进的R-45M HTPB符合ARCO的出厂规格和质量范围。端羟基聚丁二烯推进剂推进剂粘合剂化学分析     

惯性末级大型固体发动机推进剂和壳体问题

在全尺寸研制计划中,为首次点火准备的一台大型固体发动机,由于端羟基聚丁二烯推进剂不能适当地固化而出现了软裂纹,以导致一台推进系统发生拖延。改进捏合过程和配方工艺之后,3月16日在沙弗法(Shaffer)称之为“很好、很成功”的试验中对该固体发动机进行了点火。联合技术分公司的化学系统分部(波音公司的固体发动机子承包商)报道:在阿诺德(Arnold)对装载超过20,000磅(约7,460Kg)推进剂直径92英寸(约2.34米)的固体发动机进行了近似真空状态约150秒的点火。按照沙弗法的观点,点火持续的时间被认为是惯性末级高危险范围的一个方面。该试验已经使用化学系统分公司惯性末级推力向量控制执行     

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。     

赫克力斯公司推进剂厂爆炸

1989年3月29日,位于美国犹他州的赫克力斯公司巴丘斯固体推进剂厂发生爆炸,这是美国固体推进剂工厂最近以来的第二次爆炸事件.上一次是在一年前位于内华达州亨德森城的大平洋工程和制造公司(Pepco)的高氯酸铵工厂,估计是由于天然气泄漏而引起爆炸,将该厂炸得荡然无存,使美国固体推进剂生产能力骤然减半.美国航空航天局最近已答应贷款9200万美元,在犹他州锡达城重建 Pepco 公司新的高氯酸铵工厂.3月29日的爆炸发生在犹他州马格纳城附近的赫克力斯公司巴丘斯西厂,是因固     

ANS的发动机

MBB 公司研制的固冲发动机用在ANS 超音速反舰导弹上,该发动机可使导弹的速度达到 M>2。导弹可从舰上或飞机上发射,发射初速为50米/秒。该固冲发动机的助推器为串联式固体助推器,药柱直径330毫米,星形装药,采用端羧基聚丁二烯(CTPB)推进剂。两个双道密封机械式双向摆动喷管,可实现导弹的俯仰、偏航、滚动控制。主发动机药柱直径330毫米,长3200     

丁羟推进剂固化催化剂实验研究

论述以端羟基聚丁二烯为粘合剂的复合固体推进剂中常用的一些固化剂的优缺点,介绍部分固化剂的性能。通过对试验结果的分析,重点介绍新型固化催化剂三苯基铋的试用结果。     

航天发动机推进—现状报告

自1974年以来,根据赛奥科尔公司提出的计划,用静态点火试车验证了顶级火箭发动机设计的主要进展。发动机弹道性能的改进和质量比的提高,在装药量为450—1650公斤,直径为0.7、0.9和1.2米的几种发动机上得到了验证。大多数技术改进都用设计的每种发动机进行几台静态点火试验验证过,并且根据合同正在研制的近地点和远地点发动机采用了这些技术。这些改进包括:端羟基聚丁二烯(HTPB)复合推进剂;柱槽型的药柱设计;碳—碳出口锥的深潜入喷管;在喷管潜入部分周围安装一个环形的小火箭式点火器和低密度三元乙丙橡胶(EPDM)壳体绝热层。     

影响复合固体推进剂压力指数的诸因素的述评

近几十年来,推进剂系统的设计师们一直在关注着复合固体推进剂压力指数(n)的控制。本文讨论了影响此性能的各种因素及控制复合固体推进剂压力指数的各种方法。它们包括:(1)氧化剂的粒度、类型及含量;(2)金属类型;(3)氧化剂的包复;(4)弹道添加剂;(5)燃速调节剂及(6)粘合剂等影响。正如所预期的,这些方法均已用来调节压力指数,以适应特殊用途的战略和战术导弹所需的弹道性能。     

用包复氧化剂的方法提高固体火箭推进剂的燃烧稳定性

用直径为6.25cm的端面燃烧发动机,装填高氯酸铵—端羟基聚丁二烯无金属推进剂进行了试验,探索应用包复氧化剂的方法,来改善燃烧稳定性。包复物质的热降解特性是通过对推进剂的热扩散系数进行理论分析推导得来的。选用了几种包复剂,推进剂用浇注法装填,这些推进剂(含包复过的氧化剂)在端面燃烧试验发动机内点火燃烧,实时记录压力一时间曲线。为了对比起见,用参比推进剂(氧化剂未包复)进行了同样试验。由扫描电子显微镜和BET吸附法测定来确定包复层的均匀性。体积型不稳定性频率、压力波动幅度以及稳定性边界均与火箭发动机特征长度(L*)有关的一些参数相关连。一般来说,用包复过的氧化剂制备的推进剂,燃烧稳定性比参比推进剂燃烧稳定性好。各种参数之间的相关性与新领域内许多未知因素有关。     

航天用的欧洲固体推进器

马格2远地点发动机是由法国空间研究中心和欧空局委托欧洲动力装置公司(SEP)和意大利的斯尼亚公司以及西德的奥古机械厂在1980～1982年期问研制的。欧洲动力装置公司是主承包商,负责研制喷管和点火系统;斯尼亚公司负责研制内绝热层和装药;奥古机械厂负责研制燃烧室壳体。(一)发动机结构马格2发动机是一种固体推进剂远地点发动机,装有400～490公斤推进剂,能使550～680公斤的有效载荷产生1500米/秒的速度增量。卫星一远地点发动机靠自旋稳定,为此要     

欧洲空间局固体发动机研制情况简介

1972年,欧洲空间研究协会(后合并成欧洲空间局)开始研制固体火箭发动机,1977年和1978年发射的欧洲科学卫星(Geos—1和—2)首次采用了固体远地点发动机。该发动机由意大利斯尼亚(SNIA—BPD)公司研制,丁羧推进剂,常规的径向燃烧药柱设计。由于它性能卓越,1974年又开始研制一种更大的固体发动机,定名为马奇(MAGE),意图是让欧洲同步卫星使用自己的固体远地点发动机。