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     

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。     

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。     

固体推进剂领域专利概况分析

<正>固体推进剂是固体火箭发动机的动力源用材料,特别是端羟基聚丁二稀(HTPB)、高能硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂的出现,使固体推进剂更加广泛应用于战术、战略导弹和航天运载领域中,固体推进剂的性能也直接影响导弹武器的作战效能和生存能力。目前,各国都在针对战略、战术武器系统生存环境要求的提高,积极探索、开发以高能量密度材料合成及应用为主体的新型高性能推进剂,同时,也积极追求固体推进剂的低特征     

HMX含量对HTPB复合固体推进剂微波衰减的影响

研究了HMX含量对HTPB复合固体推进剂微波衰减的影响。实验结果表明:含HMX的HTPB复合固体推进剂的微波衰减随HMX含量的增加而增加,HMX含量由5%增加到50%时,HTPB复合固体推进剂的微波衰减增加了约1倍。     

HTPB复合固体推进剂老化损伤的CT研究

针对HTPB复合固体推进剂老化存在的材料性能劣化问题，采用了计算机层析识别技术研究HTPB复合固体推进剂材料老化损伤．通过HTPB复合固体推进剂损伤的数学模型，定量描述了材料的老化问题，并将其代入推进剂粘弹本构方程．结果表明．老化损伤的粘弹本构方程能够一定程度上描述损伤老化引起的材料劣化问题。     

复合固体推进剂长贮中HTPB胶微结构损伤研究

为研究HTPB复合固体推进剂老化过程中微结构损伤机理,设计了HTPB/TDI、AP+HTPB/TDI、RDX+HTPB/TDI、Al+HTPB/TDI及HTPB复合固体推进剂5个体系,表征在75℃、92 d的热加速老化过程中各复合体系及线性HTPB微结构变化规律。结果显示,在密闭热加速老化过程中,线性HTPB分子间不饱和的CC键相互交联,生成了高分子网络结构,是线性HTPB及各复合体系在老化过程中数均分子量及交联密度增大的原因之一;AP、RDX、Al粉等组分间相互作用加速了HTPB复合固体推进剂的热老化过程,且电镜未观察到组分与粘合剂产生"脱湿"现象。     

德国高燃速少烟推进剂研究

高燃速少烟火箭推进剂可用于高加速战术禅火箭发动机。德国对三种高氨酸镇含量不同且不加铝的推进剂的性能作了研究。aAP／HMX／HTPB推进剂主要成分：高氨酸按（AP）840’0～92“。，奥克托金（HMX）O～254b．端羟基聚了二烯（HTPB）和已二酸二异辛酯（）（）／＼）8％～16［。。考虑到加工性能．固体含量最大为86％～88％，在能保持预混药浆流动性的情况下，不含＊＊x的推进利性能为2430～2460N·S儿g。bAP／PU／TMETN推进剂主要成分：AP50％～SO％．聚氨酯（PU）4％～20q6．三羟甲氧基已烷三硝酸酯（TMETN）12％～4096。…     

低温动态加载下老化HTPB推进剂细观损伤研究

采用扫描电镜(SEM)对低温动态单轴拉伸后的HTPB推进剂断面形貌进行了观察,分析了不同加载条件下推进剂的细观损伤形式。结合盒维数数值方法,进一步讨论了推进剂的细观损伤程度变化情况。结果表明,热老化后HTPB推进剂在低温动态加载时,其细观损伤更复杂、更严重;温度、应变率和热老化均能改变推进剂的细观损伤形式,存在细观损伤发生改变的临界加载条件;随温度持续降低、应变率持续升高及热老化时间增长,盒维数值最终保持在1.866附近,即推进剂的细观损伤程度不再发生改变。研究结果对分析低温点火时战术导弹固体火箭发动机药柱的结构完整性具有一定参考价值。     

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。     

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。     

复合推进剂粘合剂的发展历史

十九世纪前大约600年间,黑火药是用于固体火箭的唯一推进剂。第二次世界大战前夕发生了较重要的技术突破,当时 Von Karmau 博士及其同事应用一种有机材料,与无机氧化剂一起,做成推进剂,用于飞机的喷气助飞火箭上。战后,开始了充分的研究工作,使用多种聚合材料,以开创新的能量更高的推进剂。现代固体推进剂枝术开始于50年代中期,那时,专为火箭工业而制备的粘合剂引起了高能推进剂体系的产生。本文叙述沥青粘合剂的使用,以及现代复合粘合剂的使用,这些粘合剂目前已广泛用于当代固体火箭发动机。     

碳硼烷衍生物在高燃速丁羟固体推进剂中的应用研究

针对高燃速推进剂的发展需求,筛选出一种成本较低的二茂铁型碳硼烷衍生物TPT-01,研究了其作为燃速催化剂对高燃速丁羟(HTPB)固体推进剂工艺性能、燃烧性能、安全性能的影响及迁移性情况。结果表明,添加6%TPT-01的HTPB推进剂药浆粘度较低,工艺性能良好;HTPB推进剂药浆及成品药安全性能良好;HTPB推进剂6.86 MPa下燃速由24.2 mm/s提高至49.6 mm/s, 6.86～15 MPa的静态燃速压强指数为0.330;此外,TPT-01在HTPB推进剂中的迁移性低于辛基二茂铁,有利于HTPB推进剂的燃烧稳定性和界面粘接性能;相较于辛基二茂铁和正己基碳硼烷NHC物理掺混使用,TPT-01是一种效果更好的燃速催化剂。     

固体推进剂松弛模量拉压性能及温度敏感性分析

固体推进剂的拉伸/压缩力学性能存在较大差异,这与推进剂的细观结构及其在拉压载荷作用下的受载作用机制有关,发动机药柱精细结构完整性分析必须考虑推进剂力学性能的拉压不同性。分别定义了推进剂松弛模量的拉压不对称因子和温度敏感性系数,通过HTPB和PBT两种固体推进剂的拉伸/压缩应力松弛试验,研究了温度对松弛模量拉压不对称因子的影响规律,探讨了两种推进剂的拉伸/压缩松弛模量的温度敏感性差异,最后通过细观有限元数值仿真对推进剂拉伸/压缩应力松弛过程中的受载机制进行了初步分析。研究表明,高温对HTPB推进剂的拉伸模量和PBT推进剂的压缩模量影响较大,而低温对HTPB推进剂的压缩模量和PBT推进剂的拉伸模量影响较大;推进剂在较高温度下的温度敏感性低于其在较低温度下的温度敏感性;应力松弛的过程中,造成推进剂拉压不对称性的主要原因是推进剂内部固体颗粒之间的挤压接触作用。     

TN在固体推进剂中能量特性的计算研究

本文简述了一种新型的有机氧化剂2,3,5,6-四硝酸酯-1,4-二硝基(口派)嗪(TN)的理化性能,并根据White的最小自由能法原理,借助于电子计算机,对其在固体推进剂中的能量特性进行了计算研究。计算结果表明,TN、铝粉(A1)和HTPB系列的复合固体推进剂的理论比冲高达276秒,比Ap、A1和HTPB系列的推进剂的比冲高10秒左右。由此可见,TN确是一种高能氧化剂。本文还对TN、HTPB系列的无烟推进剂做了初步探讨。     

高性能战术导弹发动机的研制

根据空军火箭推进实验室的合同 F021611—78—C0061,已研制了一种固体燃料火箭发动机,用于空中发射高性能战术导弹。该发动机采用了凯夫拉纤维缠绕壳体,高固体含量的 HTPB 推进剂,直径为20.5英寸。它包括连接凯夫拉壳体的飞机发射吊耳连接器,塑料的火箭式点火器,EPDM 绝热层和含90%固体,其中22%铝粉的推进剂配方。到目前为止,已制造了五台壳体,其中两台为发动机。一台已进行了水压爆破试验,有两台以假发射/系留飞行加载的安装形式进行结构试验,两台用作发动机,并在环境温度和一65℉温度条件下成功地进行静态试验。低温发动机试验包括在燃烧初期和末期有两次感应冲击脉冲,以便试验弹道稳定性。发动机的性能极好,得到的比冲与予计的相同。全面鉴定了高固体含量 HTPB 推进剂(TP—H1203)在-65℉温度下的力学性能。对推进剂的松弛模量、双轴拉伸,高速/加压的单轴拉伸性能进行了测量;还对裙部剪切强度,人工脱粘的拉伸强度及绝热层/包复层/推进剂系统之间的模拟人工脱粘端面强度进行了测量。由于发动机和推进剂的实验成功,因此,研制计划扩大了。其中包括将壳体结构重新设计以便完全适合于系留飞行加载环境,并解决在结构加载试验中所发现的强度/刚性问题。这一新的工作将包括另外制造两台壳体,进行结构试验及实验室材料试验和缩比的结构评价等项目。石墨纤维将与凯夫拉为基的叠层片成为整体,使壳体结构足以承受局部超过37,000磅的径向载荷。     

固体火箭发动机及推进剂技术发展概述

简述了固体火箭发动机及固体推进剂技术的发展和应用情况，概要地介绍了固体火箭发动机设计及固体推进剂技术的未来发展趋势。     

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。     

中国空间用固体火箭发动机的发展

中国从１９５８年开始复合固体推进剂火箭发动机的探索和研制工作。根据航天技术发展的需求，促使复合固体推进剂火箭发动机从小到大逐步发展起来。在三十多年的研制过程中。解决了壳体材料和成型工艺、推进剂配方和装药工艺、喷管和推力向量控制技术，安全点火和高空点火技术、各种环境试验技术、无损检测和质量保证技术、地面试验和测试技术等。已形成了固体火箭发动机研究、设计、试验、生产配套的基本条件，同时为中国卫星发射提     

“潘兴”Ⅱ导弹事故调查报告

美陆军1985年4月24日宣称,今年1月在西德的一枚“潘兴”Ⅱ导弹在装配过程中发生的第一级固体火箭发动机起火事故,是固体发动机内的静电放电造成的。历时3个月的事故调查报告说,放电电压是由于在低温和低湿度的情况下,火箭发动机在运输贮存容器中运动所引起的。调查还发脱,“潘兴”Ⅱ第一级发动机的端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂在低温时易于被静电放电引燃。这点是固体发动机制造业过去所不知道的。美陆军说,为防止在导弹上产生或积储