含微米级铝粉丁羟推进剂燃烧效率影响因素研究

理论计算丁羟推进剂组分对凝聚相产物的影响,利用充氮气密闭装置收集含微米级铝粉丁羟推进剂燃烧残渣,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分别对残渣形貌及物相分析,并采用激光粒度仪测试燃烧产物平均粒径,研究铝粉粒度及含量、燃速催化剂含量、氧化剂级配等因素对微米级铝粉在推进剂燃烧过程团聚及燃烧效率影响。结果表明,丁羟推进剂理论生成凝聚相产物随铝粉含量增加而增加,随燃速催化剂含量增加而降低;当推进剂中铝粉含量由18%降至6%,推进剂燃烧残渣团聚颗粒尺寸由112.58μm降至79.03μm,残渣中单质铝相对含量由10.6%降至1.4%,铝粉燃烧效率由82.1%提高至97.1%;铝粉粒度由14μm增加至34μm,推进剂燃烧残渣团聚尺寸从65.24μm增加至92.14μm,推进剂燃烧残渣中单质铝相对含量由2.4%增加至5.1%,铝粉燃烧效率由95.0%降至89.5%;燃速催化剂含量由0.5%增加至2.0%,推进剂燃烧残渣团聚颗粒平均尺寸由112.56μm下降至70.12μm,残渣中单质铝含量由5.1%降至3.5%,铝粉燃烧效率由90.3%增加至93.3%;当粗粒径AP与细粒径AP比例由9∶1降至9∶4时,推进剂燃烧残渣团聚颗粒尺寸由234.21μm降至87.16μm,残渣中单质铝相对含量由8.9%降至2.9%,铝粉燃烧效率由84.4%提高至94.7%。     

球形铝粉对低燃速丁羟推进剂燃烧特性的影响研究

采用推进剂静态燃烧性能测试和实验发动机动态实验等方法，研究了球形铝粉替代大量吕粉后推进剂燃速特性的变化情况。研究发现，含球形铝粉推进剂的燃速压强指数明显高于含非球形铝粉推进剂，而且含球形铝粉推进剂的低压燃速显著降低。经过对铝粉燃烧过程的研究，讨论了球形铝粉和非球形铝粉对推进剂燃烧过程的影响，并初步解释了含球形铝粉推进剂低压燃烧的下降原因。     

铝粉粒径对高铝含量富燃料推进剂一次燃烧性能的影响

通过改变铝粉粒径大小制作高铝含量推进剂,在此基础上进行热分析试验、爆热测试以及燃速测试,分析总结了铝粉粒径大小对推进剂一次燃烧性能的影响。推进剂各组分相同时,热分析结果表明,推进剂凝相反应程度相近,铝粉粒径大小对推进剂凝相反应没有明显影响;爆热测试和燃速测试表明,超细铝粉可显著改善推进剂燃烧性能,提高燃速和爆热、降低压强指数,减少燃烧产物结块、改善产物分散性;同时,超细铝粉由于自身小尺寸优势在推进剂的燃烧过程中更多地参与了气相反应,提高了推进剂气相放热量。通过以上实验分析得出,铝粉主要参与推进剂气相反应,铝粉粒径大小对推进剂气相反应影响较大。     

超细铝粉的燃烧特性及燃烧模型

运用ＤＴＡ－ＴＧ、ＰＤＳＣ单幅近距摄影、扫描电镜、推进剂爆热的测定等多种实验技术，对超细铝粉燃烧特性及其燃烧模型进行了研究。结果表明，在中压区，推进剂燃面的ＳＡ１直接点火燃烧放热，提高了推进剂燃速，并提出了ＳＡ１在推进剂燃面上直接点火的观战及燃面点火的两个条件；揭示了铝粉在中、高压区内的不同作用，提出了铝焰的概念；绘制了铝和ＳＡ１的燃烧行为图。     

球形铝粉对低燃速丁羟推进剂燃烧特性的影响

采用静态燃烧性能测试和实验发动机动态实验等方法。研究了球形铝粉替代非球形铝 后推进剂燃速特性的变化。研究发现，含球形铝粉推进剂的低压燃烧速显著降低，而燃速压强指数明显高于含非球形铝粉推进剂，讨论了球形和非球形铝粉对推进剂燃烧过程的影响，并初步解释了含球形铝粉推进剂低压燃速的下降原因。     

纳米铝粉在复合推进剂中的应用

考察了不同类型纳米铝粉的能量性能及热氧化特性。结果表明,纳米铝粉的活性铝含量低于普通铝粉,随活性铝含量的降低,纳米铝粉的燃烧热值降低;纳米铝粉呈现出与普通铝粉截然不同的热氧化特性。同时,研究了纳米铝粉对复合推进剂的燃烧性能与能量性能的影响,结果表明,纳米铝粉可提高推进剂的燃速和降低压强指数,有利于改善推进剂的燃烧性能,但纳米铝粉的低活性铝含量导致推进剂的爆热值降低。     

Ap／RDX推进剂燃速调节实验研究

利用正交试验法研究了CuO、Cr_2O_3和Fe_2O_3三种催化剂对Ap/RDX推进剂燃烧性能的影响,得到了提高燃速的最佳催化剂组合,提出了催化剂对Ap/RDX推进剂的催化机理,该机理可较好地解释许多实验结果。     

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。     

铝粉粒径及形状对HTPB推进剂力学性能的影响

铝粉球形化显著地改善了推进剂的力学性能;然而推进剂的燃速明显地降低。可通过调节球形Ap D_(43)粒径法提高燃速。用1~#球形铝粉代替1~#或3~＃非球形铝粉时,推进剂的常温伸长率分别提高4.0％～8.0％或8.0％～14.0％。     

铝粉的辐射热反馈及对固体推进剂压强指数的影响

研究了含铝，含细ＡＰ固体推进剂中铝粉对推进剂表面的辐射热反馈，得出这种反馈是使该推进剂燃速压强指数上升的主要原因之一，在配方中添加超细铝粉可能氏压强指数的上升。