国外GAP推进剂研制现状

综述了缩水甘油叠氮聚醚(GAP)及其推进剂的热、力学及弹道性能,GAP推进剂有较高的燃速和能量,但其燃速压强指数和温度敏感系数偏高。GAP推进剂的力学性能较差,改性GAP和支化GAP更具吸引力。GAP推进剂可用于燃气发生剂、微烟推进剂、高能推进剂及改性双基推进剂。     

固体碳氢推进剂在涡轮增压固冲发动机中的应用

提出了固体碳氢推进剂作为涡轮增压固冲发动机(TSPR)驱涡推进剂的方案,分析了适用于TSPR推进剂的热力参数和一次燃烧产物成分,完成了驱涡推进剂的选择;进行了备选推进剂(CH04)对TSPR性能的影响性评估,证明该推进剂能够满足TSPR的性能要求;对所选推进剂了进行了一、二次燃烧试验,试验结果表明,CH04推进剂在补燃室点火较困难,但其一次、二次燃烧稳定性好,燃气参数基本满足TSPR对推进剂性能要求。     

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。     

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。     

使用连续流动法测量高氯酸铵表面积

1、引言为了予测复合固体推进剂的弹道性能,必须要知道推进剂中各组份的粒度或表面积。在塑料型推进剂的制造过程中固体粒子会发生机械破碎,尽管如此,仍发现高氯酸铵的初始表面积与推进剂的弹道性能有关。爆炸物研制公司(ERDE)测量高氯酸铵表面积的作法是采用以空气渗透法为基础的菲希尔(Fisher)筛分机。由于塑料型推进剂中使用的高氯酸铵的比表面积范围通常为1000～9000cm~2/cm~3(0.051～0.46m~2/g),因此,菲希尔法完全能满足这一要求。为了生产较高燃速的推进剂,爆炸物研制公司最近研究的推进剂配方中含有更细的高氯酸铵(9000～10000cm~2/cm~3)。在端羧基聚丁二烯和端羟基聚丁二烯两种橡胶型推进剂中,即     

NEPE型推进剂述评

一、前言随着战略及战术武器的发展,对固体推进剂的要求越来越高,不仅要求能量高(大于250秒)、力学性能好,而且使用温度范围要宽、安全贮存性能要好。要满足以上要求,单纯地在复合推进剂和改性双基推进剂的原有基础上改进是比较困难的。目前固体推进剂发展的主要趋势是:发挥复合推进剂和改性双基推进剂各自的优点,突破这两类推进剂的界限而发展成为高能交联推进剂。从美国 K.Klager 提出的固体推进剂发展历程(表1)中可以清楚地看到这种趋势。     

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。     

复合固体推进剂最通用的粘合剂—聚氨酯

从黑火药首次用作火箭推进剂到有机物质有效地用于固体推进剂已经600多年了。由于硝化纤维、有机粘合剂、过氯酸盐及铝粉的应用,从而得到现在完善的推进剂技术。早期的发展受到从第二次世界大战后迅速兴起的塑料工业得来的基本聚合化学知识的影响。聚氨酯聚合系统广泛用作合成纤维和泡沫塑料,进而发展成现代的推进剂。最初研制推进剂是在50年代中期,那时认为聚氨酯固化是完全的、直接了当的,并不产生多余的副产品。另外,采用了与粘合剂系统相容的铝粉,提高了推进剂弹道性能。最后,使用键合剂改进了推进剂结构性能,从而能满足战术、战略导弹及航天应用所需的严格力学性能。本文记叙了推进剂的四个历史发展阶段和该推进剂系统的组成,也概括了主要武器系统中聚氨酯推进剂的应用。     

微铝含量推进剂配方与刮涂成型装药工艺

为满足瞬间变换内弹道和燃烧产物而能量不变的特殊发动机装药要求，设计了微铝含量复合推进剂配方。经地面热试车考核，发动机性能满足设计要求，为今后高装填密度，高质量比的发动机装药开拓出一条新途径。     

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。     

推进剂用热塑性聚酯聚氨酯弹性体的结构与性能

针对推进剂粘合剂的需要,以聚己二酸乙二醇丙二醇酯(PEPA)为软段,异佛尔酮二异氰酸酯和1,4 丁二醇为硬段合成了一类能为硝酸酯增塑的热塑性聚氨酯弹性体(TPUE)。该弹性体采用熔融预聚法制备。利用GPC、FTIR、DSC、X Ray,力学性能测试和硝化甘油吸收实验等分析技术对聚合物的结构和性能进行了研究。结果表明,合成的热塑性聚氨酯弹性体具有较高的相对分子质量和聚氨酯的结构特征,具有较低的软段玻璃化转变温度和加工温度,具有较好的力学性能,以及与硝酸酯良好的相溶性,具有满足推进剂使用要求的力学性能。     

固体推进剂药柱的可靠性—力学模拟发动机的设计和试验

评价固体推进剂药柱的可靠性,主要是依据对其力学性能的评估。用全尺寸药柱进行试验,通常是很困难的,并且费用昂贵。本文介绍了一种能反映全尺寸发动机的特型小尺寸、低成本模拟发动机的研究和试验。这种发动机可模拟全尺寸发动机药柱(88%固体含量的CTPB推进剂)的条件进行力学性能试验。进行了大量的、承受多种载荷条件(温度循环和/或加压)的模拟发动机试验。给出了试验结果,并首次给出了与尚在发展中的理论计算有关的分析。     

固体推进剂高能氧化剂的合成研究进展

从提高固体推进剂比冲的技术途径出发,将高能氧化剂按元素组成、结构及性能特征分为四大类,对每类氧化剂的合成进展进行了简要综述。指出了适应固体推进剂的高能氧化剂设计时需要综合考量氧含量、质量生成焓、燃气平均分子量及密度,且晶体质量、稳定性、感度、相容性等需要满足推进剂配方的要求。固体推进剂AP替代物的研制需要开发具有高密度含氧(原子)源且质量生成焓远大于AP的氧化剂;有机高能氧化剂作为固体推进剂的辅助氧化剂,追求零氧平衡基础上的高质量生成焓、高氢含量基础上的高质量生成焓。组成和结构与部分性质(如热稳定性、相容性、感度等)要求是矛盾的,设计和筛选中应作一定的权衡。加快氧化剂的研发效率,建立高能氧化剂数据库及高通量的筛选程序、提高性能(生成焓、感度)预测的准确性等迫在眉睫。     

一种新型燃速催化剂的作用效果研究

合成了一种新型二茂铁化合物—1,1—双(三甲基硅氧乙基)二茂铁,并研究了这种化合物对AP/HTPB复合推进剂燃烧性能、力学性能以及工艺性能的影响。实验结果表明,这种化合物具有改善推进剂燃烧性能和力学性能的双重作用。     

BDNPA/F增塑聚醚推进剂/衬层粘接界面的加速老化研究

界面粘接性能直接决定固体发动机装药的结构完整性和工作可靠性。为实现BDNPA/F增塑聚醚推进剂装药产品的工程化应用,采用高温加速老化试验方法,比较研究了衬层和模拟迁入含能增塑剂BDNPA/F的衬层分别在自由状态、绝热层环境下加速老化时的热稳定性以及衬层本体力学性能和BDNPA/F增塑聚醚推进剂/衬层界面粘接性能的变化规律。结果表明:在70℃加速老化过程中,本体衬层抗拉强度和伸长率呈增大趋势,BDNPA/F增塑聚醚推进剂/衬层界面在加速老化22周后仍具有良好的粘接性能,扯离强度和剥离强度分别为0.66MPa(药本体破坏)和20.1N·cm-1,能够满足产品使用要求。     

NEPE推进剂力学性能的统计特性及贮存老化的影响

固体推进剂力学性能是决定固体推进剂药柱可靠性的关键性能。为准确评估贮存寿命和可靠性,需要掌握固体推进剂力学性能的分布规律以及贮存老化的影响。研究了NEPE推进剂老化过程中抗拉强度、初始模量、最大伸长率和断裂伸长率等力学性能参量的统计分布特性,以及加速老化过程中统计参数的变化规律。研究结果表明:同一老化状态和测试条件下,NEPE推进剂单向拉伸力学性能参量测试值呈正态分布;不同老化状态的力学性能变异系数与老化时间、温度无关,呈正态分布。将不同老化温度、老化时间的力学性能变异系数作为来自同一总体样本的随机变量,求出了NEPE推进剂抗拉强度、最大伸长率、初始模量和脱湿因子的变异系数的99%置信上限,作为固体推进剂药柱贮存可靠性评估的基础数据。     

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。     

复合固体推进剂燃气烟雾对激光透射的影响

建立了一套测定固体推进剂燃气烟雾对激光衰减的装置,研究了固体推进剂燃气对激光衰减的规律,由实验结果和理论分析得出,燃气烟雾对激光和可见光的透射率较好;能量较高的丁羟推进剂无烟化的最佳配方是Al粉含量应小于8%,硝胺(HR)的含量应大于30%。     

NEPE推进剂粘合剂网络结构调节研究

把混合固化剂、扩链剂聚乙二醇200(PEG200)、交联剂三羟甲基丙烷(TMP)、三官能度环氧乙烷四氢呋喃共聚醚(PET)、端异氰酸酯预聚物以及互穿网络的使用作为调整NEPE推进剂粘合剂网络结构的主要措施。采用单向拉伸手段,研究了它们对NEPE推进剂力学性能的影响。结果表明,TMP能提高推进剂的拉伸强度,异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)与PEG200混合使用能提高推进剂的最大延伸率;三官能度PET能使推进剂的强度和延伸率均有所提高,当粘合剂中三官能度PET的质量分数为50%时,推进剂常温下的拉伸强度和最大延伸率分别比空白样提高了16%和161%;端异氰酸酯预聚物能改善推进剂的力学性能,尤其是对提高最大延伸率有明显作用;将新型聚合物P31引入推进剂粘合剂体系形成互穿网络,推进剂在不同温度下的拉伸强度先增大后减小,延伸率一致增大,当P31的含量占粘合剂体系的5%时,拉伸强度达到最大值。     

新型固化催化剂对高燃速HTPB推进剂性能的影响

文章研究了新型固化催化剂CSH-01对高燃速HTPB-IPDI推进剂力学性能、工艺性能、高温加速老化性能及推进剂/衬层界面粘接性能的影响。结果表明,添加0.04%CSH-01的固体推进剂,在固化时间不变的情况下可将推进剂固化温度从70℃降低到50℃;在较低的固化参数下推进剂的力学性能便可以达到较高的水平;固化后的推进剂中的异氰酸酯基团数量变少,减轻了推进剂后固化现象,使推进剂的高温加速老化性能也得到改善;推进剂药浆50℃下保温5 h的粘度为1177.8 Pa·s,可满足推进剂生产对工艺性能的要求;添加CSH-01的高燃速IPDI型HTPB推进剂与衬层中的固化反应速率更匹配,可改善推进剂的界面粘接性能。总之,与TPB相比,CSH-01具有更及时、适中的催化效果,是高燃速HTPBIPDI推进剂较为理想的固化催化剂。