丁羟推进剂中复合键合剂的作用机理

本文用红外光谱法、粘度法等手段,研究了TEA、TEA·BF_3与MAPO复合键合剂的作用机理,并运用路易斯酸碱理论加以分析和讨论.阐述了复合剂作用机理和HTPB推进剂力学性能以及工艺性能的相关性.     

储氢合金/AP/HTPB推进剂燃烧性能研究

制备了Al/AP/HTPB推进剂和储氢合金/AP/HTPB推进剂,并对它们进行了DSC,PDSC,爆热和燃速测试.DSC和PDSC测试结果表明,储氢合金对AP/HTPB推进剂的凝聚相反应有催化作用,在0.1MPa和5MPa下,使其凝聚相主分解温度分别降低21.67℃和15.67℃,凝聚相反应热分别提高105.97％和21.87％;爆热测试结果表明,储氢合金对AP/HTPB推进剂的气相反应有催化作用,使气相反应热提高4.74％;燃速结果表明,储氢合金可以提高AP/HTPB推进剂的燃速.进一步研究表明,A1/AP/HTPB推进剂和储氢合金/AP/HTPB推进剂的燃速与爆热存在一定的相关性.总结出了燃速-爆热关系式.     

纳米金属和复合金属粉对AP/HTPB推进剂热分解的影响

用热分析法(DTA)研究了纳米金属和复合金属粉(Cu,N i,A l,N iCu,N iCuB,N iB)对AP/HTPB推进剂热分解的影响。结果表明,纳米金属和复合金属粉对HTPB推进剂的热分解具有明显的催化作用。纳米铜粉使AP/HTPB推进剂的低温和高温热分解温度分别降低了51.6℃和33.6℃,DTA表观分解热增大为3.7kJ.g-1,催化效果十分显著。纳米铜粉和含铜的纳米复合金属粉(N iCu和N iCuB)的催化效果强于其他纳米金属粉。纳米金属粉主要通过催化AP/HTPB推进剂中AP的热分解,表现出对HTPB推进剂具有较好的催化效果。     

大型固体助推器的低成本推进剂

固体火箭发动机要想在未来空间运输系统中得到应用,必须降低成本,才有竞争力。本文综述了锡奥科尔公司在大型固体助推器用低成本固体推进剂方面的研究成果。研究表明,HTPB/AN推进剂(88％固体,AN、R-45HT,廉价AP/Al)和HTPB/AP推进剂(88％固体,R-45HT,廉价AP/Al)与航天飞机固体助推器所用的PBAN推进剂相比,其成本分别降低了40％和15％。     

TMO复合催化剂对AP推进剂燃速催化作用研究

系统地考察了4种TMO催化剂(CuO、Fe₂O₃、Co₂O₃和Cr₂O₃)及其等质量比(1∶1)的6种TMO复合催化剂对AP/HTPB和AP/Al/HTPB两类复合固体推进剂燃烧性能的影响。实验结果表明, TMO复合催化剂对推进剂燃速的影响可分为正协同效应、无协同效应和负协同效应3类;具有正协同效应的TMO复合催化剂提高燃速效果最佳, TMO复合催化剂对AP复合推进剂燃速的影响取决于推进剂的种类, 协同效应的类属和单一TMO催化剂的催化活性。      

铅盐在HMX推进剂中催化作用的研究

本文考察了五种铅盐对HMX/AP/Al/HTPB推进剂凝聚相反应、气相反应和燃速的催化作用.实验结果表明,HMX/AP/Al/HTPB推进剂的燃速主要受气相反应速度控制;本研究所选用的铅的化合物在该推进剂系统中的主要催化部位不同.     

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。     

振动载荷对定应变HTPB推进剂力学性能影响

为了研究振动载荷对定应变HTPB推进剂力学性能的影响,通过60℃和70℃温度下HTPB推进剂10%定应变振动试验,采用单向拉伸法和扫描电镜观测法,对定应变HTPB推进剂在振动载荷作用下的宏观力学性能变化规律和细观损伤模式进行了研究。结果表明:定应变状态下振动载荷的作用使HTPB推进剂的抗拉强度减小(最大值超过5%),最大延伸率增大(最大值超过15%);老化初期振动载荷对高氯酸铵(AP)颗粒脱湿发展影响较小,当定应变状态下推进剂中的AP颗粒脱湿到一定程度时,振动载荷的作用会促进AP颗粒脱湿,降低固体颗粒的模量增强作用。     

含铝复合固体推进剂的燃烧模拟计算

本文以我们提出的AP/HTPB推进剂的稳态燃烧模型为基础,对多级配AP/Al/HTPB推进剂的燃速和压力指数进行了模拟计算,并对铝粒径、铝含量对燃速和压力指数的作用规律及其机理作了说明。计算结果和实验符合得很好,相对误差小于10％的达90％以上,能满足定量予估的要求。      

HMX推进剂的燃烧不稳定性

用一套串接式可变面T-形燃烧器对HMX复合推进剂作了不稳定燃烧的实验研究.为了求得其相对稳定性,分别测定了当推进剂中的HMX,Al及AP等组分含量不同时对压力耦合不稳定燃烧的影响,并与一般双基推进剂(双石-2)不稳定燃烧特性进行的试验比较,在一维不稳定燃烧的理论基础上进行了分析和数据处理.最后得出结果:当HMX,Al及AP的含量分别在20至40%,5至15%和40至75%范围内,振荡频率为200至1500Hz时,HMX/AP/HTPB推进剂的燃烧稳定性与HTPB/AP/Al和双石-2相比最差.     

AP/HTPB推进剂凝聚相反应对燃速的影响

W.G.Schmidt[1]和K.Kishore等人[2、3]从推进剂实际燃烧过程发生在气相,而推进剂组分相对又不挥发的观点出发,得出在固相中必定要先发生一系列产生气态产物的凝聚相反应的结论。由于气相反应比凝聚相反应快得多,因而得出凝聚相反应是推进剂燃烧过程的主要控制步骤。      

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。     

含燃速催化剂的丁羟推进剂高压燃烧性能研究

对含Ｔ２７（一种二茂铁衍生物）、卡托辛、Ｆｅ２Ｏ３三种燃速催化剂的ＨＴＰＢ／ＡＰ／Ａｌ推进剂在１６ＭＰａ～２２ＭＰａ下的燃速和燃速压强指数进行了研究。结果表明：二茂铁衍生物能大幅度提高ＨＴＰＢ／ＡＰ／Ａｌ推进剂的燃速,同时可使高压下的压强指数大幅度地下降;Ｆｅ２Ｏ３对ＨＴＰＢ／ＡＰ／Ａｌ推进剂有着显著的燃速催化效果,但其推进剂压强指数较高;Ｆｅ２Ｏ３的催化效率较Ｔ２７高,但不及卡托辛;Ｆｅ２Ｏ３和二茂铁衍生物组合使用能进一步提高ＨＴＰＢ／ＡＰ／Ａｌ推进剂的燃速,并使推进剂具有较低的压强指数。     

团聚硼粉与HTPB混合物流变特性

利用HAAKE流变仪研究了硼粉团聚方法、粒度、填充比例对B/HTPB混合物流变性能影响。结果表明,对于LiF包覆的硼粉(B/F),小颗粒的LiF增强了与HTPB预聚物的物理吸附作用,使体系的表观黏度反而大于未包覆的硼粉;采用HTPB包覆的硼粉(B/H,B/F/H)与HTPB混合物的表观黏度和屈服值远小于未处理硼粉,且随混合时间增加而保持不变。在相同填充质量下,小粒度团聚硼粉的黏度系数K值较大,n值较小,严重偏离牛顿流体。当团聚硼粉/HTPB质量比为55/45时,混合物的流动方程转变为Herschel-Bulkley方程,大粒度团聚硼粉的屈服值较小。因此,与小粒度硼粉相比,大粒度团聚硼粉与HTPB的混合物具有较好的流变性能。含大粒度团聚硼粉富燃料推进剂药浆具有良好的工艺性能,6 h内表观黏度小于1500 Pa.s,屈服值小于150 Pa。     

超细 CaCO3 对丁羟复合固体推进剂燃烧及工艺性能的影响

通过超级及市售ＣａＣＯ３在低含量下（≤１％）对丁羟推进剂燃烧及工艺性能影响的研究,发现两种ＣａＣＯ３均可提高推进剂的燃速,且随超细ＣａＣＯ３含量增加,推进剂压强指数降低,与市售ＣａＣＯ３相比,超细ＣａＣＯ３的催化效率较高,但同时也使推进剂的工艺性能变差。     

丁羟推进剂药浆固化过程中触变性转变规律研究

为研究固化反应对丁羟推进剂药浆触变性的影响,对丁羟推进剂药浆在固化反应过程中触变性转变规律进行了实验研究和理论分析。结果表明,推进剂药浆的触变性受到固化时间和剪切速率两个因素的显著影响:剪切速率增高会促使药浆呈现触变性;固化时间增长会促使药浆呈现反触变性。药浆触变性转变的剪切速率为0.2s~(-1)～0.5s~(-1),剪切速率小于此范围时完全呈现反触变性;大于此范围时药浆完全呈现触变性。当剪切速率进入转变区间后,会先从低固化时间处由反触变性转变为触变性,随着固化时间的增长触变性消失,反触变性再次出现。剪切速率越高反触变性重新出现所需固化时间越长,超出转变区间后反触变性不再出现,药浆完全呈现触变性。     

燃速调节剂对RDX/AP/HTPB推进剂热分解的影响

利用高压差示扫描量热法（DSC）研究了含不同燃速调节剂（亚铬酸铜、草酸铵、碳纤维）的RDX／AP／HTPB推进剂热分解性能，研究发现，调速剂对推进剂燃速的影响与其对推进剂主要组分（RDX、AP和HTPB）峰温、推进剂初始放热量的影响密切相关，燃烧催化剂亚铬酸铜和碳纤维使RDX，AP的分解峰温降低，使推进剂的初始分解阶段放热量增大，分解放热峰增多，故导致推进剂燃速增加，而草酸铵使RDX的分解峰温升高，使推进剂的初始分解阶段放热量降低，所以导致推进剂燃速降低。