AP包覆硼对富燃推进剂药浆流变特性的影响

用四种不同量AP包覆的硼粉,对硼含量达30%的富燃推进剂实验配方中的药浆流变特性进行了研究,结果表明:20%AP包覆硼粉的含硼富燃固体推进剂药浆的流变性与另三种硼粉的明显不同———近6h粘度为2 2kPa·s,屈服值在300Pa以下,表明其药浆流平性好并可满足浇铸要求。20%AP包覆硼的合适包覆量、包覆完整的表面性质及近似球型粒子的形状决定了其药浆的流变特性最优。     

镁基水反应金属燃料的热分解性能

采用热重-差热分析联用(TG-DTA)、差示扫描量热(DSC)、加压热重(PTG)等热分析方法,研究了镁基水反应金属燃料热分解反应的基本特性及其变化规律。研究发现,燃料热分解过程中先后发生AP分解反应、HTPB分解反应,氩气中不发生Mg的氧化反应;添加催化剂、减小AP粒度、增大氧化剂与粘合剂比例、增大细Mg粉含量等,可以降低燃料中AP的分解温度T,减小表观活化能Ea,增大反应速率常数k;减小AP粒度、增大氧化剂与粘合剂比例可以降低燃料中HTPB的分解温度,减小表观活化能Ea,增大反应速率常数k;随着压强增大,AP与HTPB分解失重速率增大、AP失重百分数增大、燃料热分解凝聚相产物质量百分数减少,压强对AP分解影响较大,对HTPB分解影响较小。     

整体级发动机用叠氮含硼推进剂研究

为适应整体级发动机强制偏流喷管的需要,研究了(BAMO/THF)/HMX/AP/B叠氮含硼推进剂的工艺性能、力学性能和燃烧性能。结果表明:对营口产硼粉进行包覆、团聚处理,解决了硼粉与推进剂其它组分相容性差和推进剂工艺性能差的问题;使用经处理的硼粉、较高相对分子质量的叠氮粘合剂BAMO/THF(50/50)和高效键合剂,能有效提高含硼推进剂的力学性能,达到:常温最大抗拉强度σm≥0 7MPa,高、中、低温的最大伸长率εm≥40%;推进剂具有较低的燃速压强指数(<0 40)和较宽的燃速可调范围,118发动机演示试验后喷管收敛段和喉部结构保持完好,无凝相产物沉积,且优于HTPB含铝推进剂的结果。叠氮含硼推进剂适合整体级发动机强制偏流喷管的使用。     

气相硼燃烧的化学动力学分析

为研究温度和H2,CO,F等组分影响气相硼燃烧的化学反应动力学机制,利用基于CHEMKIN建立的B/C/H/O/N/F体系的反应动力学机理,模拟了温度和各自由基摩尔分数随时间的变化,并通过敏感性分析和化学反应速率分析研究了不同条件下影响气相硼燃烧的主要基元反应。结果表明,影响气相硼燃烧的主要反应式是R31 BO+O+M=BO2+M,BO的氧化速率决定了气相硼燃烧的快慢;提高初始温度,BO的氧化途径仍为R31;添加0.5%CO可以增加O自由基浓度,加快R31的反应速率;添加0.5%F后BO的氧化途径增加了反应式R183 BO+F+M=OBF+M,加快BO的氧化速率;添加0.5%H2后BO的氧化途径转变为R36 BO+H+M=HBO+M,R35 BO+OH+M=HBO2+M和R58 BO2+H+M=HBO2+M,加快BO的氧化速率从而缩短延迟时间;在含有H2的初始组分中,气相硼燃烧的主导反应过程:B2O2/HBO→BO→BO2→HBO2。     

单分散氧化铝陶瓷粉体的制备及表征

以硫酸铝、尿素为主要原料,采用均匀沉淀法制备氧化铝前驱体,经高温煅烧制备出优质氧化铝陶瓷微粉.通过系统研究反应温度、分散剂对氧化铝陶瓷粉体的粒度、粒度分布及形貌的影响,为制备单分散氧化铝粉提供了理论依据.结果表明:在最佳实验条件下制备的氧化铝陶瓷粉体平均粒径较小(D1/2=1.60μm),粒度分布范围窄(σ=0.93mm),粉末呈球形规则形貌,且无明显团聚现象,近似呈单分散状态,是较理想的氧化铝陶瓷原料.     

PS-PVD用CeO2掺杂8YSZ团聚粉末及其涂层

在纳米ZrO₂-8%Y₂O₃(摩尔分数)(8YSZ)粉末中掺杂20%(质量分数)微米级CeO₂粉末,并通过喷雾干燥合成CeO₂-8YSZ(CYSZ)复合团聚粉体。借助激光粒度仪和扫描电镜(SEM)及附带能谱仪(EDS)考察羧甲基纤维素黏结剂(carboxymethyl cellulose,CMC)质量分数对复合团聚粉体性能影响。采用PS-PVD制备具有柱状结构的CYSZ热障涂层,对涂层截面和表面进行EDS分析。采用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析涂层物相。结果表明:黏结剂质量分数达到2%时可获得球形度高、粒度分布均匀的团聚粉体;制备的涂层中Ce元素呈均匀分布;涂层物相基本为t-相结构,其中Ce⁴⁺取代Zr⁴⁺进入ZrO₂晶格形成类质同象的固溶体结构,显示出CeO₂掺杂对t-相向m-相转变的抑制作用;所制备CYSZ涂层在1100℃,水冷循环100次后仍保持完整,展现出较高的抗热冲击性能。     

新型SiBCN杂化树脂的固化及裂解机理

以硅乙烯基1,7-碳硼烷为B源与含乙烯基硅氮烷反应生成了一种新型的SiBCN杂化树脂。采用FT-IR、DSC、TGA和Py GC-MS对树脂的结构、固化行为、热稳定性、热裂解反应和过程进行了研究,并用Kissinger方程和FWO法计算出了固化反应和热裂解的表观活化能,分析了树脂的裂解过程及机理。结果表明:这种杂化树脂在固化过程中存在一个放热峰,固化表观活化能为113.55 k J/mol,具有较好的热稳定性,N_2气氛下,T_d~5为459℃,900℃下的残碳率为73.1%。随着裂解反应程度的增加,树脂裂解的表观活化能增加,动力学热稳定性增强。当裂解温度为300℃时,树脂主要发生转氨基反应,裂解产生NH_3;500℃时,有机基团脱除,树脂裂解产生NH_3、CH_4和CH_2=CH_2等烯烃;650℃时,裂解气体种类进一步增加,生成一系列烷烃和烯烃。     

锯齿扁管内沸腾换热试验

建立以等热流密度方式进行试验件加热的沸腾换热试验系统,分别对当量直径为1.28mm和1.59mm锯齿扁管内R134a工质的沸腾换热特性进行研究,试验参数范围:制冷剂质量流率为68.5~305.5kg/(m2·s),工作饱和压力为0.27~0.46 MPa,加热热流密度为9~42kW/m2。试验结果表明:相同结构的通道,当量直径小换热能力更强;热流密度和饱和压力对沸腾换热的影响与一个干度值有关。当干度小于此值时,沸腾换热系数会随着热流密度及饱和压力增大而增大;而当干度大于此值时,沸腾换热系数随着干度增大而急剧下降,热流密度和饱和压力对换热的影响较小;该干度值会随着热流密度或饱和压力增大而逐渐变小。质量流率对沸腾换热的影响与热流密度有关,随着热流密度增大,质量流率的影响趋向大干度区域。通过分析各参数对沸腾换热的影响,建立了一个预测试验工况下微小尺寸锯齿扁管的沸腾换热系数计算经验公式。     

点阵结构压气机叶轮3D打印过程设计及打印性能分析

基于八角桁架点阵结构,提出了一种新的涡轮压气机叶轮轻量化设计方法。在保证点阵轮具有可加工性的同时为了提高打印成功率,基于有限单元法对点阵轮不同激光功率、激光走速、激光宽度、铺粉层厚和支撑切割高度下的增材制造过程进行模拟,分析了不同打印参数下点阵轮打印过程的最大残余变形及最大残余应力。结果表明,激光打印参数(如激光功率、激光走速和激光宽度)对叶轮残余变形和残余应力幅值有较大影响,而铺粉层厚对残余变形和残余应力幅值的影响相对较小,通过降低激光功率、提高激光速度和增加激光宽度,可以降低叶轮的残余应力。对于填充率为11.4%的晶格单元,点阵轮相对于原始轮质量可降低23.5%。加工完成后点阵轮的残余变形和残余应力均小于原始轮,本文工况下,点阵轮加工完成后的最大残余应力和变形可分别比设计轮最多降低8.72%和20.19%。这意味着采用点阵轮的设计方式在降低叶轮质量的同时,还将具有更接近于原始设计且更不容易在加工中损坏的优良加工性。     

高能合成煤油GN-1性能研究 --“液体火箭推进”专刊

结合火箭发动机工程应用环境,研究了GN-1煤油高温高压热物性、安全特性、传热结焦性能以及点火延迟性能,并和现役火箭煤油作了对比分析。采用商业仪器对GN-1煤油在最高200℃、最高压力25MPa范围内的密度、黏度、定压比热容、导热系数、表面张力进行了实验测量。在实验数据的基础上,依据基团贡献法、基于比容平移法则的P-R方程、摩擦理论、广义对应态原理分别对GN-1煤油在最高350℃、最高压力60MPa范围内的密度、黏度、定压比热容、导热系数、表面张力进行了理论计算,建立了GN-1煤油的密度方程、黏度方程、导热系数方程,并将方程的计算值与实验值进行了对比,计算偏差较小。对GN-1煤油和火箭煤油的安全性能进行对比研究,GN-1煤油的闪点为40℃,自燃温度为305℃,高于火箭煤油(225℃);燃点为47℃,低于火箭煤油(82℃),GN-1煤油的爆炸极限范围为0.44%-2.9%（40℃）。GN-1煤油和火箭煤油的急性经口毒性LD50＞5000mg/kg,均属于第五级化合物（实际无毒）。在入口压力10 MPa,流速10 m·s-1,内壁温480℃条件下,GN-1煤油的传热系数比火箭煤油提高14.4%,建立了传热准则方程。GN-1煤油出口油温220℃时试验段平均结焦速率是出口油温150℃时的4.43倍,GN-1煤油不锈钢材质管路中试验段平均结焦为高合管材质管路中的22.3%。在970K-1105K温度范围内,GN-1煤油的点火延迟时间为320μs-471μs,是火箭煤油的55.6%-69.3%。相关研究可对发动机可靠设计及应用提供重要参考。     

醇胺类助剂对丁羟推进剂药浆流变性能的影响

采用旋转粘度计研究了助剂三乙醇胺 (TEA) ,三氟化硼 (BF3) ,三乙醇胺三氟化硼络合物 (TEA·BF3)对Al/HTPB ,AP/HTPB和AP/Al/HTPB复合物药浆流变性能的影响。结果表明 ,TEA/Al反应 (BF3存在时 )以及氢键缔合作用使药浆的切应变速率指数n值降低 ,HTPB/BF3相互作用使药浆的稠度系数K值增大 ,两者综合作用使含TEA·BF3的丁羟推进剂药浆在低切变力下的表观粘度急剧增大 ,从而导致药浆的流动和流平性变差     

纳米碳酸盐对复合固体推进剂燃烧性能的影响

研究了纳米碳酸盐对丁羟三组元、丁羟四组元、低燃速NEPE推进剂燃烧性能的影响。结果表明:纳米碳酸盐使丁羟三组元推进剂在高压(10～18MPa)和低压(4～10MPa)段的压强指数降低到0.2以下,同时使燃速明显降低;使丁羟四组元推进剂在高压段(10～18MPa)的压强指数降低到0.26左右;使低燃速NEPE推进剂的的压强指数(4～9MPa)从0.77左右降至0.55以下。从研究结果可以看出,添加该纳米碳酸盐是降低复合推进剂压强指数行之有效的途径。     

复合固体推进剂细观结构建模及脱黏过程数值模拟

为研究复合固体推进剂损伤演化规律,基于分子动力学颗粒填充算法构建了HTPB(hydroxyl terminated polybutadiene)推进剂细观结构模型,通过在AP(ammonium perchlorate)颗粒/HTPB基体界面处引入黏接接触替代传统的黏接单元,并基于Hooke Jeeves的参数优化算法反演得到颗粒/基体界面处内聚力模型参数,利用双线性和自定义指数型损伤内聚力模型模拟了AP颗粒和HTPB基体黏接界面处损伤的萌生、发展、聚合直至宏观裂纹破坏的过程。通过数值仿真与实验结果对比发现,指数型损伤内聚力模型比双线性模型能更准确描述推进剂单轴拉伸过程中颗粒与HTPB基体界面间脱黏过程。最后对比了多阶段加载实验结果与仿真结果曲线,发现两者变化趋势基本一致,最大偏差仅为10%,验证了所建细观模型的可靠性及反演所得界面参数的准确性。      

整体级发动机用含硼BAMO／THF推进剂的探索研究

采用最小自由能法（ｗｈｉｔｅ法），计算研究了增塑剂与粘合剂质量比（Ｐ１、Ｐ０）、固体含量、硼含量、ＨＭＸ含量对用于整体级发动机的含硼ＢＡＭＯ／ＴＨＦ（１：１）推进剂能量的影响。实验研究制得的６５％固体含量的ＢＡＭＯ／ＴＨＦ（１：１）含硼固体推进剂的基础燃速、压强指数较低；φ６５ｍｍ发动机的试车结果表明：实验制得的６５％固体含量的含硼ＢＡＭＯ／ＴＨＦ（１：１）推进剂的比冲效率为８４．４５％。     

硼酸酯键合剂在丁羟四组元推进剂中作用机理研究

采用反相气相色谱仪测试了BA-5键合剂,RDX,AP和HTPB-TDI胶片的表面酸碱性参数,并估算出各组分之间的界面相互作用焓。结果表明ΔHBA-RDX和ΔHBA-AP均显著大于ΔHBA-HTPB,证实键合剂BA-5与RDX,AP作用力远大于与粘合剂作用力,能在混合过程中优先迁移吸附在RDX,AP颗粒表面,并产生强烈吸附。采用电子能谱仪定性表征了RDX,AP从HTPB中吸附BA-5的情况。结果表明:随着电子束加速电压降低,测试厚度变小,AP样品中硼原子含量增加,证实BA-5是吸附在AP的表面。结合组分基团活性分析,阐述了BA-5键合剂的作用机理。     

纳米NiO/CNTs复合粒子的制备及其对AP和AP/HTPB热分解的影响

以碳纳米管(CNTs)为载体,采用化学沉淀法制备了不同摩尔比的NiO/CNTs复合粒子,采用透射电子显微镜、X-ray衍射仪、扫描电子显微镜、X射线能谱、比表面积分析仪等表征手段对产物的结构进行了表征,并用差示扫描量热仪研究了NiO/CNTs复合粒子对AP及AP/HTPB推进剂热分解的催化作用。结果表明:NiO/CNTs复合粒子结晶好、包覆均匀、比表面积大。NiO/CNTs(nNiO:nCNTs=1:4)复合粒子可使AP和AP/HTPB推进剂的高温分解峰温分别降低了92.24℃和42.2℃,使总表观分解热分别增加了1 086 J/g和730 J/g,表现出显著的催化性能,其催化性能明显优于纯纳米NiO和纯CNTs。碳纳米管的独特结构和载体支撑作用是NiO/CNTs复合粒子的催化性能强于纳米NiO的主要原因。     

气相和粒子冲刷速度对丁羟推进剂燃速影响分析

基于试验获得的气相和粒子冲刷条件下的固体推进剂燃速数据,采用误差反向传播算法(BP算法)的人工神经网络技术开展了推进剂的燃速特性分析。网络训练和预示结果表明,利用BP算法开展冲刷条件下的燃速影响因素分析的精度在4%以内。分析结果表明,气相和粒子冲刷速度都会影响固体推进剂的燃速。在低气相速度条件下,推进剂燃速对粒子冲刷速度的变化更为敏感。粒子冲刷对固体推进剂燃速的影响存在界限效应,当粒子冲刷速度大于某一界限值时,推进剂燃速增加幅度增大,并由粒子冲刷主导。     

水冲压发动机的热力循环性能预示

针对采用二次进水机制的水冲压发动机,基于特殊的工作方式初步建立了相应的热力循环模型,进而在不同的发动机工况下分析了循环热效率性能。选定水反应金属燃料基础配方为Mg/AP/HTPB的混合物,在不同组分配方条件下,相应发动机热力循环效率随各影响参数的变化规律一致,均随燃烧室压强和水反应金属燃料中金属含量的增加而呈增加趋势,相反,水燃比的增加会引起热效率的降低。特别地,给定一合理水燃比3.0,保持燃烧室压强和航行器航深分别为2.5 MPa和10 m,50%和60%镁含量的水反应金属燃料对应发动机的循环热效率分别为37.78%和44.38%,初步验证了基于联合循环的水冲压发动机良好的循环性能。     

防老剂H对丁羟推进剂力学性能的影响

研究了防老剂H（N，N'-二苯基对苯二胺）对丁羟推进剂力学性能的影响，从力学性能的角度提出了防老剂H在HTPB／TDI型推进剂中的最佳用量。发现防老剂H影响丁羟推进剂性能的规律与固化剂种类有关，如果不加入防老剂H，则HTPB／IPDI推进剂的力学性能会显著优于HTPB／TDI推进剂。