用包复氧化剂的方法提高固体火箭推进剂的燃烧稳定性

用直径为6.25cm的端面燃烧发动机,装填高氯酸铵—端羟基聚丁二烯无金属推进剂进行了试验,探索应用包复氧化剂的方法,来改善燃烧稳定性。包复物质的热降解特性是通过对推进剂的热扩散系数进行理论分析推导得来的。选用了几种包复剂,推进剂用浇注法装填,这些推进剂(含包复过的氧化剂)在端面燃烧试验发动机内点火燃烧,实时记录压力一时间曲线。为了对比起见,用参比推进剂(氧化剂未包复)进行了同样试验。由扫描电子显微镜和BET吸附法测定来确定包复层的均匀性。体积型不稳定性频率、压力波动幅度以及稳定性边界均与火箭发动机特征长度(L*)有关的一些参数相关连。一般来说,用包复过的氧化剂制备的推进剂,燃烧稳定性比参比推进剂燃烧稳定性好。各种参数之间的相关性与新领域内许多未知因素有关。     

高氯酸铵/硝胺复合推进剂中主氧化剂地位的确定

本文提出了高氯酸铵/硝胺复合推进剂在燃烧性能方面存在主氧化剂的概念,并利用建立的燃烧模型,从氧化剂燃烧单元对燃面能量的贡献,扩散距离的不同求解方法对燃速和压力指数计算结果的影响,以及硝胺含量与推进剂压力指数的关系三个方面探讨了确定主氧化剂的方法。经过分析,得知主氧化剂对推进剂燃烧性能起着重要影响,因此,调节高氯酸铵/硝胺推进剂燃烧性能的方法与调节只含主氧化剂推进剂燃烧性能的各种方法相同。     

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。     

固体填充剂对推进剂力学性能的影响

借助扫描电子显微镜（SEM）及微型动态拉伸装置测试手段，对含固体颗粒填充剂的丁羟复合固体推进剂（HTPB）和硝酸酯增塑的聚醚高能推进剂（NEPE）中的微相结构进行了断口微观形貌观察和推进剂拉伸试件在拉应力作用下的断裂过程分析。结果表明，固体颗粒的形状，粒径尺寸，粒度分布和级配变化，以及固体填料／粘合剂的界面性质等因素对推进剂力学性能有着重要的影响。     

包覆高氯酸铵对丁羟推进剂慢速烤燃特性的影响

为探究丁羟推进剂慢速烤燃响应特性的改善途径,分析总结了丁羟推进剂慢速烤燃响应机理。利用溶剂法对高氯酸铵进行包覆,采用扫描电镜、元素分析和热分析方法对其进行表征,利用自制测压装置测量响应时推进剂产气压力变化,并将包覆后的高氯酸铵应用于丁羟推进剂中进行慢速烤燃试验验证。结果表明,所用包覆剂能对高氯酸铵包覆良好,并使高氯酸铵低温分解放热减少,含包覆AP推进剂烤燃响应时反应缓慢,使丁羟推进剂慢速烤燃响应程度温和。     

叠氮增塑剂与粘合剂的相容性

叠氮增塑剂由于有正的生成热、密度高、成气性好,可作为复合固体推进剂的含能增塑剂,与缩水甘油叠氮基聚合物(GAP)一样,加入推进剂中可以组成叠氮复合固体推进剂。本文对聚(叠氮环氧丙烷)二硝酸酯(AZP-2)和端叠氮基聚(叠氮环氧丙烷)(AZP-3)与多种粘合剂做了相客性研究。在80℃下的热失重试验结果表明,含叠氮基(-N_3)的增塑剂对含烯键合剂和含氰基粘合剂化学不相容;粘合剂中的羧基对叠氮基分解有催化作用。这些结果为叠氮推进剂配方设计和研制提供了重要依据。     

HMX复合推进剂燃烧模型计算

本文建立了一个描述 HMX 复合推进剂燃烧特性的模型。该模型基于以下几个重要概念:1.氧化剂和粘合剂具有不同的表面温度;2.能处理由三种不同粒度级配的氧化剂,3.取时间平均方法来计算推进剂燃速,而不取大多数 BDP 类模型所用的空间平均计算燃速的方法,时间平均方法之要点是考虑了氧化剂的点火延迟时间;4.根据修正的 Burke—Sehumann 扩散火     

含负压力指数的复合固体推进剂的稳态燃烧机理

为了研究含负压力指数的高氯酸铵(AP)复合固体推进剂的稳态燃烧机理,采用扫描电子显微镜对中断燃烧样品进行了研究,并利用自发光或激光阴影的单幅近距摄影术对燃烧中样品进行了观察。发现已熔粘合剂对AP表面的复盖并不是聚氯酯(PU)推进剂在“mesa”区所特有的现象;而是在更广大的范围内出现的普遍现象。指出局部复盖并不一定造成局部熄火,进而提出了一个综合考虑粘合剂对AP表面的复盖和复盖下存在凝相反应及反向气化的理论模型。该模型可用于包括易熔粘合剂在内的AP复合推进剂。具有能说明“平台”、“mesa”和正常的燃烧行为,分析初温、AP颗粒尺寸对燃烧特性影响的能力。而且,也能够成为研究包括“mesa”推进剂在内的侵蚀燃烧与不稳定燃烧问题的基础。     

含负压力指数固体推进剂的压力响应函数

根据呈正、负压力指数燃速特性的固体推进剂的稳态燃烧模型,导出了一个新的压力响应函数公式,它可用来说明燃速压力指数为零、正、负各类推进剂的压力耦合现象。燃烧中的推进剂被划分为两部份:一部份是由熔化了的粘合剂所覆盖的氧化剂表面与其相对应的粘合剂表面所组成,而另一部份则由未被覆盖的氧化剂表面同剩下的粘合剂表面组成。与以往的各类模型不同,在上述的前一部份燃烧表面的燃烧中,考虑了氧化剂在熔化粘合剂覆盖的条件下存在着反向气化和凝相反应,故使所得的压力响应函数的实部在推进剂稳态燃速的压力指数为零或负值时也可为正值。利用所获得的压力响应函数的表达式对试验用推进剂(S04-5A)作了定量计算,计算结果满意地说明了,负压力指数推进剂在氧化剂被熔化粘合剂大面积复盖时也存在不稳定燃烧的现象。这不仅克服了以往所有压力响应函数表达式均难以用于负压力指数推进剂的缺陷,而且也从一个侧面反映了呈正、负压力指数燃速特性的固体推进剂稳态燃烧模型的正确性。     

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。     

美国新型导弹M—X末级发动机两次地面试车成功

去年7月12日、9月13日,美国喷气航空固体推进公司成功地进行了M—X 末级发动机二比一缩比发动机首次和第二次地面点火试验。此发动机采用该公司推进剂研制组研制的以PEG/FEFO 为粘合剂系统的复合推进剂,发动机装药约2000磅(907.19公斤),燃烧时间约26秒.据该公司称,试验成功地验证了独特的整体点火器方案(Integral Igniter Con—cept)、高性能推进剂、新式喷管和绝缘材料,并说:“所采用的推进剂是目前战略     

推进剂功能组分作用研究——(I)丁羟/AP体系

通过测定药浆稳态和动态流变性的变化 ,研究了一些推进剂功能组分在丁羟粘合剂体系和丁羟 /高氯酸铵体系中的作用。结果表明 ,功能组分MAPO、H、LCM对HTPB粘合剂体系有内润滑作用 ;偶联剂MAPO可改善细高氯酸铵颗粒在体系中的分散性 ,作用效果有时间依赖性 ;TEA·BF3 一方面可改善细高氯酸铵颗粒在体系中的分散性 ,同时也增加颗粒间的吸附作用 ;防老剂H还是细高氯酸铵的优良工艺助剂 ;上述功能组分对包覆球形高氯酸铵的作用效果很小。流变学方法是研究推进剂这种复杂体系结构和功能组分作用的一种有用工具。     

加速度对于含金属固体推进剂燃速影响的参数研究

本文叙述了9种含金属端羟基聚丁二烯复合固体推进剂,在发动机加速度场中工作时,引起燃速增加的实验研究。实验装置包括一台离心机,以及分别装在旋转臂两端的两台相同药柱的试验发动机。实验在2.5—16MPa的压力范围内和0—700g的加速度范围内进行。研究了加速度、燃烧压力、加速度矢量方向、稳态燃速、铝粉含量和粒度、固体总含量、氧化剂粒度等参数的影响。研究发现燃速的增加受到加速度水平、稳态燃速、加速度矢量和表面垂线间的夹角、氧化剂粒度等参数的强烈影响;铝粉含量和粒度的影响则没有规律性。对于所试验的各推进剂,研究确定了加速度所致燃速增加率与简化加速度参数间的线性关系。该关系与Crowe提出的关系相同,但是注意到有某些偏差,表明Crowe的模型需要修正。     

纳米PbCO_3/CuO复合粒子的制备及其性能

采用机械球磨法对PbCO_3和CuO两种常用燃速催化剂进行纳米化粉碎。用激光粒度仪、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了产物粒子的粒径分布、形貌、晶型和纯度。通过分别计算样品中PbCO_3和CuO含量的标准偏差,定量分析了两种组分在PbCO_3/CuO复合粒子中的分散均匀度。用差示扫描量热仪(DSC)分析了产品对吸收药热分解性能的影响。通过测定双基推进剂的燃速研究了产品对其燃烧性能的影响。结果表明,产物平均粒径为70 nm,粒度分布很窄;PbCO_3和CuO组分的分散均匀度分别达到了95.40%和92.60%。产物使吸收药热分解峰温提前了29.35℃,表观分解热增加了606 J/g,表观活化能降低了16.58 k J/mol。与普通PbCO_3和CuO的混合催化剂相比,纳米PbCO_3/CuO复合粒子使双基推进剂的燃烧压力指数降低了0.203。     

复合固体推进剂的综合点火模型

本文提出了固体推进剂点火的一种综合理论模型。这种模型可真实地描述非均质推进剂的点火,其中包括环境气体中压力增量(dp/dt)的影响,它还详细地考虑了AP/PBAA推进剂的反应动力学,而且并没有预先做出关于点火部位的假设。其物理模型假设为嵌入燃料粘结剂模型中的是圆球形氧化剂粒子。数学模型的组成是:(a)氧化剂和燃料粘结剂在固相时的能量方程;(b)质量、能量和物质处在气相时的守恒方程。由试验测得的靠近推进剂试样表面的压力——时间曲线作为模型的输入参数。反应机理需要考虑处在气相中的五种物质。本文研究了表面下的反应和气相反应。它提出的模型能够作为阐述在大范围工作条件下不同推进剂的点火模型的基准。     

推进剂中燃烧铝滴直径分布和聚集状态的研究

本文给出了含铝推进剂燃烧时,气相中燃烧铝滴的直径大小与分布,讨论了配方中氧化剂粒度和铝粉粒度对铝的凝聚程度的影响。实验表明,由粗氧化剂组成的推进剂其燃烧时铝的凝聚是很明显的;并且,对应于相同的粗氧化剂,细铝粉比粗铝粉更易凝聚。实验结果支持复合推进剂中铝凝聚的“口袋模型”。本文还用显微密度分析方法对铝的凝聚燃烧机理进行探讨,发现有三种不同类型的光密度分布曲线,文中称之为液滴型,微滴型和液—汽过渡型,它们分別对应于铝的一种聚集状态。此外,还有一种在底片上无铝亮条出现的称之为气相型,它们的燃烧效率是依次升高的。     

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。     

欧洲同步科学卫星用的远地点发动机

意大利斯尼亚粘胶公司和法国“欧洲推进公司”于1973年5月开始联合研制“GEOS”欧洲同步科学卫星的远地点发动机,前者负责计划管理,发动机设计,推进剂和绝热层研制,发动机的装配和试验;后者负责壳体、喷管和点火器的设计、制造和试验。计划于1976年1月完成,将成为欧洲首创的远地点发动机。发动机长1130毫米,直径684毫米,装端羧聚丁二烯推进剂267公斤,壳体材料用 Ti—6A1—4V 钛合金,绝热层用石棉乙丙橡胶,采用半潜入喷管,喉径67毫米,膨胀比37,高密度石墨喉衬,碳布缠绕扩散段。发动机总重303公斤,燃烧室平均压力23公斤/厘米~2,真空最大推力2360公斤,真空比冲286秒,使用温度范围-10~℃～+40℃,相应的燃烧时间为51和47秒。研制工作分初步设计、金属件设计,组件鉴定,研制试验,鉴定试验和验收试验六个阶段。研制、鉴定试验中全尺寸发动机试车4发,验收批4发,其中试车2发,交货2发,提出这个报告时,正进行鉴定试验工作,已经取得的试验结果都很好,但研制试验有一台发动机经 X 射线检查,发现装药有缺陷而未进行试车。     

硝胺/端羟基聚丁二烯复合推进剂固化机理的研究

第一部分众所周知,为了获得具有优良力学性能的端羟基聚丁二烯(HTPB)复合推进剂,必需添加键合剂(BA)。而对于含高氯酸铵(AP)的推进剂,一种亚胺化合物—1.2—三[二甲基氨丙啶]氧化膦(MAPO)一是有效的键合剂。本报告用测定异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、MAPO 和粘度随时间变化的方法研究了     

付利叶变换光谱学在推进剂使用寿命预估中的应用

一种改进的红外技术—付利叶变换红外光谱,用于分析贮存了101个月的固体推进剂。在离推进剂外表面不同深度的地方截取试样进行分析,结果发现试样中粘合剂没有化学析出,试样的光谱图表明了粘合剂中主要聚合物成份的不同的化学变化,这些变化表征了从同一位置的推进剂上测得的应力和应变的直接相关性。这项工作的目的在于从发动机中取不足半克的推进剂,通过非破坏试验来预估发动机的持续使用寿命。