含铝锂合金丁羟推进剂的能量性能研究

依据最小自由能原理，采用固体推进剂能量特性计算程序计算了标准条件下含铝锂(Al-Li)合金丁羟(HTPB)推进剂的能量性能，研究了不同Li含量的Al-Li合金粉对HTPB推进剂比冲、密度、密度比冲及特征速度的影响；并采用爆热、爆热残渣粒度分布以及活性铝含量验证了Al-2.5Li(Li质量含量为2.5%)合金粉对HTPB推进剂能量特性的影响。理论计算结果表明，采用纯Li取代Al粉，HTPB推进剂的标准理论比冲最大可增加58.11 N·s/kg;当以Al-Li合金的形式取代Al粉时，不同Li含量的Al-Li合金对HTPB推进剂配方的能量性能参数影响不同，标准理论比冲以及特征速度呈现增加的趋势，密度以及密度比冲呈现降低的趋势；当以Al-20Li合金替代Al粉时，HTPB推进剂配方的标准理论比冲最大可提高39.10 N·s/kg。爆热试验结果表明，含Al-2.5Li合金粉HTPB推进剂的爆热略高于Al粉配方，燃烧残渣粒度d₄₃低于对照配方；含Al-2.5Li合金粉HTPB推进剂燃烧残渣活性铝含量低于对照配方。     

含二硝基偶氮氧化呋咱推进剂的能量特性研究

二硝基偶氮氧化呋咱 ( DNAF)是一种新型高能氧化剂。采用最小自由能方法研究了 DNAF的能量特性 ,结果显示 :DNAF单元推进剂比冲 2 692 .72 N· s· kg- 1 ,比黑索今高 75.8N· s· kg- 1 ,比六硝基六氮杂异伍兹烷高 1 9.5N· s· kg- 1 ;HTPB/DNAF/Al组成推进剂的比冲可达 2 81 0 N·s·kg- 1 ;DNAF分别与 GAP和 HTPB组成的无烟推进剂的比冲分别高达 2 763N· s·kg- 1和 2 72 5N·s·kg- 1。并绘制了等性能三角图和三维立体图 ,可形象直观地看出这类推进剂的比冲、燃烧温度与配方组分之间的关系     

低燃速高固体含量HTPB推进剂

对大型发动机用的低燃速高固体含量HTPB推进剂进行了研制。采用超支化SU-2助剂降低推进剂药浆粘度为提高配方固体含量的方式,优化SU-2助剂含量,研制出固体质量分数89%的推进剂配方。依据抑制AP分解的质子转移机理,分别用高氯酸烷基胺衍生物A1N、草酸铵T29降燃速剂,获取低燃速HTPB推进剂,针对试验得到的推进剂性能数据,分析了单项降燃速剂的推进剂燃烧性能存在不足,提出了选用价廉的高氯酸烷基胺衍生物A1N/草酸铵T29/细AP复配方法,既降低燃速又能降低压强指数。经装药试验验证,获得6.86 MPa燃速5.185 mm/s,3～11 MPa压强指数0.328,密度≥1.80 g/cm3,20℃最大拉伸强度σm≥1.0 MPa,-40℃最大伸长率εm≥61.0%;5 h使用期粘度为2625 Pa·s;综合性能优良的高固体含量低燃速HTPB推进剂。以提高推进剂固体含量增加密度,增大HTPB推进剂比冲的设计方法,可供低燃速HTPB推进剂的发动机借鉴。     

用流变学研究丁羟推进剂组分对固化初期反应速度的影响

采用RM-15同轴转子流变仪研究了固体推进剂各种功能组分(偶联剂、防老剂、燃速催化剂及氧化剂等)对HTPB表观固化反应的影响,并对HTPB的TDI和IPDI两种固化体系做了比较.实验结果表明,各种组分对HTPB的两种固化体系的影响是不同的.     

钝感GAP微烟推进剂的能量性能计算

根据推进剂配方理论计算程序计算了含N-脒基脲二硝酰胺(FOX-12)、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)、3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)、三氨基三硝基苯(TATB)、3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)、黑索今(RDX)、二硝酰胺铵(ADN)等高能钝感氧化剂及1,2,4-丁三醇三硝酸酯(BTTN)、二缩三乙二醇二硝酸酯(TEGDN)、三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)、N-丁基-2-硝酸酯乙基硝胺(Bu-NENA)等钝感增塑剂的几种单元推进剂和钝感微烟推进剂的能量性能。计算结果表明,所列的7种含能氧化剂中,由RDX和DNTF形成的单元推进剂的标准理论比冲分别为2 696.4 N.s/kg和2 610.2 N.s/kg,明显优于其他几种氧化剂。当采用DNTF部分取代GAP推进剂中的RDX或ADN后,推进剂的理论比冲、密度和特征速度相应提高。由于DNTF的感度低于RDX,因此DNTF引入推进剂中,对提高钝感GAP微烟推进剂的能量性能是有益的。     

复合固体推进剂燃面上复盖分数的确定

本文基于PU/AP和HTPB/AP复合固体推进剂在不同压力下中止燃烧的燃面采用X射线光电子能谱的测试结果,对燃面上氧化剂AP颗粒表面受熔化粘合剂复盖的面积分数进行了半定量计算。结果表明,在燃烧压力大于1.96MPa时,两种推进剂燃面上的粘合剂复盖分数,随压力上升而增加。这一结果将有助于复合固体推进剂稳态燃烧模型的深化和改进。     

HTPB推进剂温度及率效应的累积损伤模型研究

为揭示机械载荷作用下HTPB推进剂的力学性能变化规律和破坏机理,利用单轴拉伸法研究了温度及应变率对HTPB推进剂力学性能的影响。运用单轴拉伸方法,研究了5组不同应变率(0. 000 333～0. 167 s-1)和不同环境温度(-50～35℃)下HTPB推进剂的恒速率单轴拉伸破坏试验。通过试验数据获取损伤模型参数,并最终建立了含应变率和温度因子的累积损伤模型。利用建立的累积损伤模型来预测HTPB推进剂在特定温度及应变率(0.000 333～0.167 s-1)条件下的失效情况,计算结果与试验结果吻合较好。此累积损伤模型可为固体推进剂装药结构完整性分析方法和HTPB推进剂损伤和破坏研究提供一定依据。     

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。     

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...     

固体分氧推进剂研究

固体贫氧推进剂与固冲组合发动机组成一种新的推进系统，可使推进系统比冲成倍增加，固体贫氧推进剂具有氧化剂含量低，金属燃料添加量增加的特点。目前，固体贫氧推进剂可分为贫氧烟火推进剂和贫氧复合推进剂两大类，每类各有其优缺点，文中讨论了固体贫氧推进剂的评价指标并对其配方进行了比较。     

含锆或氢化锆推进剂的能量特性分析

通过CEA软件,研究了Zr粉和Zr H2粉含量、压强及HTPB含量等对含锆或氢化锆推进剂的比冲、密度比冲和燃烧室温度等能量特性的影响。计算结果表明,随着Zr粉、Zr H2粉和Zr/Zr H2混合物含量增加,推进剂比冲下降,但密度比冲呈现先增后减的趋势,含Zr推进剂燃烧室温度先增后减,而含Zr H2推进剂燃烧室温度持续下降;相比于含Al推进剂,密度比冲是含锆或氢化锆推进剂一个显著优势;随着压强增大,能量特性参数均呈现增大趋势;随着HTPB含量减小,推进剂能量特性参数均增大。     

复合固体推进剂稳态燃烧模型(综述)

六十年代以来,许多学者对以高氯酸铵为氧化剂的复合固体推进剂的燃烧进行了广泛研究,先后提出了许多关于这类推进剂的稳态燃烧模型,诸如粒状扩散火焰模型(GDF)、非均相反应模型(HR)、多重火焰燃烧模型(BDP)和小总体模型(PEM)等。小总体模型(PEM)是国外近年来发展的一种新的复合固体推进剂燃烧模型。模型中考虑了氧化剂粒度和粒度分布对燃烧特性的影响,改进的PEM还能模拟铝粉粒度和含量对燃烧的影响。本文着重介绍了PEM及其改进型的物理結构和预测燃速的方法。列出了一系列HTPB推进剂的燃速和压力指数预测值与实验数据的比较。可以认为两者是比较一致的,全铝PEM的预测值更接近于实验结果。     

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     

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。     

氧化剂粒度对复合固体推进剂侵蚀燃烧的影响

本文阐述了利用透明窗发动机——高速摄影装置研究氧化剂粒度对复合固体推进剂侵蚀燃烧影响的方法。对基本配方相同,只是氧化剂粒度不同的三种复合固体推进剂进行了实验研究。经过测试、分析和计算,得出了不同氧化剂粒度推进剂的侵蚀效应对气流速度和压力的关系式,进而得出了氧化剂粒度的大小对复合固体推进剂侵蚀效应的影响关系。     

固体火箭推进剂配方性能最优化的直接搜索法

本文研究的数值计算方法,用以确定固体火箭推进剂系统的最佳配比,其比冲最高。根据对最优化理论的分析,本文采用直接搜索法结合计算机程序 CEC71(一种热力计算程序)[6],以获得固体推进剂在冻结流或平衡流条件下的最优配比。比较了计算结果和文献报导的数据,可看出直接搜索法用于确定固体推进剂系统的最优配比是有效的。     

少烟HTPB／RDX／AP／AL推进剂能量性能研究

对少烟HTPB／RDX／AP／AL推进剂能量性能进行了理论计算，通过BSFΦ165和BSFΦ315试验发动机试验，考察了试验发动机类型，工作压力对比冲效率的影响，与高能丁羟推进剂的比冲效率进行了比较。     

比热比对推进剂标准比冲与发动机真空比冲影响趋势分析

在固体火箭发动机择优比测中,推进剂比冲与发动机真空比冲是发动机择优的关键指标。在标准比冲修正和真空比冲计算中,比热比是影响标准比冲和真空比冲计算的重要参数。分析了不同燃烧室室压和环境压强下,BSF?315 mm标准发动机固体推进剂修正标准比冲随比热比的变化,以及地面试车成功后,比热比对真空比冲计算的影响。结果表明,推进剂实测比冲修正到标准比冲时,在不同燃烧室平均室压下修正标准比冲,存在一个比热比值,使得推进剂修正标准比冲计算存在极小值,当比热比大于该极小值后,随着比热比的增加,修正标准比冲增大。研究结果和所得结论对同一单位推进剂配方选型,以及不同单位推进剂、发动机实物比测,具有指导与借鉴意义。     

含铝推进剂的温度和压力敏感性

本文报导含铝 AP/HTPB 复合推进剂的温度和压力敏感性理论研究结果。研究使用的是一种多重火焰模型(改进型小总体模型),这个模型考虑了铝粉对推进剂燃速的影响。报导的重点是温度和压力敏感性计算值与推进剂中氧化剂粒度和铝粉粒度、含量的关系。研究结果表明,粗粒度氧化剂低燃速推进剂,提高铝粉含量或使用较细的铝粉,可显著降低温度敏感性。在理论上压力敏感性(压力指数)也有同样倾向。为说明这类推进剂显示这种倾向的原因,对于所使用的模型进行了相当详细的讨论。     

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。