过氯酸铵(AP)和端羟基聚丁二烯(HTPB)混合物热分解过程中的凝聚相反应

AP+HTPB混合物热分解过程中存在凝聚相反应。凝聚相反应热在混合物总的放热量中所占的比例达30％以上,表明了凝聚相反应在混合物(或AP/HTPB复合固体推进剂)燃烧过程中的重要性。此外,文中还讨论了凝聚相反应可能的实际过程。     

AP/HTPB推进剂组分热分解特性及其匹配关系对推进剂燃速的影响

本文应用差示扫描量热——热重(DSC—TG)技术研究了TMO(过渡金属氧化物)对过氯酸铵(AP)、端羟基聚丁二烯(HTPB)固化胶片热分解反应动力学参数(如活化能E、反应温度T、反应速度常数K、以及热分解速率等)的影响.测定了AP/HTPB/TMO推进剂的燃速.考察了组分热分解动力学参数与推进剂燃速的关系.结果表明,TMO对AP热分解特性和推进剂燃速的影响不是等效的,TMO对HTPB固化胶片的热分解基本无催化作用.由凝聚相燃烧模型进行理论分析发现,若要推进剂维持稳态燃烧,则氧化剂的热分解速率(r_(ox))、热着火延迟时间(t_(ign))与粘合剂的热分解速率(r_f)之间必须具备一定的匹配关系:rox(1-t_(ign)/t)/r_f≤1.推进剂试样的中止燃烧电镜照片验证了这一理论分析的正确性.     

NEPE推进剂的热分解(Ⅰ)粘合剂的热分解

利用快速热裂解原位反应池（气体原位反应池）／快速扫描傅里叶变换红外光谱（RSFT－IR）和固体原位反应池／RSFT－IR联用装置，实时测定了NEPE推进剂粘合剂气相及凝聚相热裂解产物，研究获得了在线性升温条件下NEPE推进剂粘合剂的热分解特征，并讨论了其热分解机理。     

复合固体推进剂的燃速压力指数

复合固体推进剂是由无机氧化剂,有机粘合剂,金属燃料以及各种添加物所组成的非均相混合物。这种推进剂的燃烧过程是由一组在气相,液相及固相中同时发生的化学反应及传热、传质等物理过程所构成的一种复杂过程。因此,复合固体推进剂的燃烧速度受到许多因素的影响,如燃烧室压力,装药初温,氧化剂的类型、含量、粒度及其不同粒度的配比,粘合剂的类型,燃速调节剂的特性等都会影响复合固体推进剂的燃速。然而,在上述诸因素中,压力是影响燃速的最重要的因素。     

BAMO-THF复合推进剂催化燃烧特性分析

为调节BAMO-THF复合推进剂的燃速,通过燃速测试、热分析、扫描电镜研究了燃烧催化剂Fe2O3,OME,OMB对其燃烧性能的影响。实验发现Fe2O3,OME,OMB均可提高BAMO-THF复合推进剂燃速,降低燃速压力指数。热分析表明Fe2O3对叠氮粘合剂体系热分解没有催化作用,OME,OMB可显著减低复合推进剂起始热分解温度。熄火燃烧表面扫描电镜分析发现,Fe2O3,OME,OMB改变了推进剂燃烧表面形貌。     

用X光电子能谱研究复合固体推进剂燃烧机理

本文介绍了X光电子能谱(XPS)分析技术在复合固体推进剂燃烧机理研究中的应用。用XPS分析对一种呈负压力指数燃烧特性的聚氨酯复合固体推进剂(404-5A)的未然表面和在2、2.5、3.0、3.5、4.0MPa压强下快速降压熄火后的燃烧表面作元素组成及其化学价态的分析,得到了不同价态的各元素原子百分含量。从实验结果可以确定CaCO_3在凝相反应中生成了CaCl_2。从燃面上碳原子浓度随燃烧压强的变化说明了燃烧过程中存在着熔化的粘合剂对过氯酸铵表面的流动覆盖,覆盖程度随着燃烧压强的上升而增加。本文还对CaCO_3、粘合剂流动覆盖在燃烧过程中的作用进行了探讨。     

铝镁贫氧推进剂的热分解特性

采用ＤＳＣ、ＤＴＡ、ＴＧ和ＤＴＧ等热分析方法,研究了ＡＰ,ＫＰ,ＡＰ／ＫＰ混合氧化剂、ＡＰ／ＫＰ／ＨＴＰＢ模拟推进剂以及铝镁贫氧推进剂的热分解特性。研究发现,ＡＰ／ＫＰ混合氧化剂的热分解特性由两种氧化剂的热分解特性叠加而成,但ＡＰ的存在使ＫＰ热分解反应提前;贫氧推进剂的热分解过程由ＡＰ和ＫＰ的热分解、粘合剂的热分解等过程组成。     

固体火箭冲压发动机含硼推进剂燃烧性能实验研究

利用地面直连试验系统对含硼推进剂在某固体火箭冲压发动燃烧过程性能进行试验研究。通过对含硼推进剂燃烧后凝聚相样品的SEM,EDS和XPS分析,探讨推进剂燃烧过程。在凝聚相EDS分析中,硼元素含量随着远离推进剂轴向方向显著降低,氧元素含量显著升高。在补燃室中,由于补充富氧空气,一次燃烧产物进一步反应,导致环境温度上升。由于高温,硼颗粒发生燃烧,产生大量气态硼化物,从而导致硼元素含量下降。二次燃烧凝聚相产物中,硼的非完全氧化物占比在40%以上,氮化硼占比在20%以上,硼颗粒占比7%以下。研究结果表明,随着推进剂在燃气发生器和补燃室内的一、二次燃烧,硼颗粒逐渐减少,并分别与环境中的C和O等元素发生化学反应,在凝聚相中的含量逐渐降低,氧元素在补燃室之后显著增加,氮化硼为凝聚相主要成分之一,存在于各特征位置。推进剂中的硼颗粒没有被完全燃烧,燃烧效率有待于进一步提高。     

复合固体推进剂性能的一个转折点

复合固体推进剂其结构可视为有机液体粘合剂和无机固体填料两部分组成。其固体填料的重量百分数已达八十以上。所以固钵填料的含量,颗粒级配,颗粒形状及颗粒的表面性质将对装药工艺和推进剂药柱性能产生很大影响。本文通过对固体氧化剂颗粒的性质研究,并对氧化剂颗粒对药浆流变性、力学性能和燃烧性能影响的资料作了初步分析发现:在氧化剂颗粒临界直径附近处,各项性能存在着一个转折点。我们可以利用这个转折点来进行配方设计,调节配方性能的依据。对该转折点的认识,将有利于进一步开展性能研究和预测,对转折点存在的机理也有待于进一步探讨。     

添加有机氟化物的固体复合推进剂对EPDM绝热材料烧蚀特性研究

分别在三组元、四组元固体复合推进剂的基础上制备了添加有机氟化物(OF)的高铝含量(18%)固体复合推进剂,利用高过载烧蚀模拟发动机考察了燃烧室压强为7MPa的条件下,上述推进剂对于三元乙丙橡胶绝(EPDM)热材料的烧蚀特性。结果表明,在OF为3%取代添加量的情况下,添加OF的推进剂配方相比于常规空白配方,对绝热材料的最大线烧蚀率可降低30%以上;对于四组元推进剂,含有OF的推进剂燃烧还能够有效抑制燃烧室的凝聚相沉积。实验通过分析推进剂的燃面特性、高过载烧蚀模拟发动机燃烧室沉积物组成、试验后绝热材料表面炭层结构、推进剂包覆材料表面沉积物形貌,探讨了配方中OF对于降低推进剂烧蚀特性的机理。分析认为,由于添加OF的推进剂燃烧能够形成粒径更小的凝聚相燃烧粒子,从而降低了它们在发动机流场中的动量,进而抑制其对于绝热材料的冲刷作用,致使烧蚀特性下降。     

催化剂及加入方法对HTPB复合推进剂燃烧性能的影响

通过热重分析(TG),差热分析(DTA)、高压差热分析(HPDTA),对三种催化剂(亚铬酸铜C,C、铜的有机络合物TP和铜、铬、铅盐的混合物TX)、催化剂和胶的混合物、催化剂和高氯酸铵(AP)的混合物、催化剂与AP的共同结晶物(简称共晶)的热解特性进行了研究.还对配方相同,仅催化剂加入方法不同的HTPB推进剂及不同部位、不同方法加入催化剂的AP-HTPB夹心件作了燃速测试.实验研究的结果表明:三种催化剂对AP的凝相放热反应均有加速催化作用:在AP结晶中加入催化剂的催化效率高于以混合方法加入催化剂的催化效率,进而对其机理作了探讨.     

国外二茂铁类燃速催化剂研究的新进展

本文综述二茂铁类燃速催化剂研究的最新进展,着重介绍几种引人注目的常用和新发展的燃速催化剂;同时,也涉及这类催化剂的挥发性和对AP及推进剂热分解的催化作用.最后分析了这类催化剂今后的发展趋向.     

催化AP的作用部位研究

利用高压DTA、飞行时间质谱仪、夹层燃烧、燃速测试等方法,研究了催化剂的两种加入方式和不同催化剂用量与AP共晶的催化效果。发现含催化剂的AP分解机理发生变化,主要由电子转移改变为同时并存的质子和电子转移;还发现催化剂与AP接触面越大效果越好,从而得出,催化剂的主要作用部位是作用于AP晶粒上。     

新型含铜催化剂对RDX／HTPB推进剂燃速影响的研究

用热分析方法筛选出两含铜催化剂对ＲＤＸ／ＨＴＰＢ推进剂进行了配方试验研究，采用声发射法测定４－８ＭＰａ条件下药条燃速，由实验结果可看出：这两种新型含铜催化剂对提高燃速，降低燃速压强指数有明显效果；燃速提高４２％，压强指数降低１４％，经适当组合，可进一步提高燃速，降低燃速压强指数。     

二茂铁燃速催化剂的发展状况

综述了近三十年来国内外在二茂铁燃速催化剂研究方面的发展状况，指出今后的发展趋势。     

超高燃速推进剂的燃速催化剂研制

合成了三种含铜或／和铅的有机金属化合物燃速催化剂ＰＡＣ、ＰＡＰＣ和ＰＡＰ,它们对ＡＰ微孔固体推进剂燃烧有显著催化作用,其中ＰＡＣ和ＰＡＰＣ能使该推进剂在５ＭＰａ～２５ＭＰａ压力范围内达到１ｍ／ｓ以上的超高燃速,燃烧较为平稳。通过热分析和实测燃速等探讨了催化剂对推进剂催化燃烧的主要作用阶段。     

含C60的RDX-CMDB推进剂性能研究

通过燃速、爆热、活化能和温度分布等参数的测试和计算，发现C(60)能显著提高推进剂的火焰温度和燃烧表面温度，降低压强指数，使平台区范围变宽且向高压方向移动，推进剂的爆热也提高约10％。此外从反应机理上提出C(60)-Pbx络合物的催化作用，改善了RDX－CMDB推进剂燃烧性能；富集物（含10％C(60)的烟炱）中C(60)主要以分子状态存在，因此它能把C(60)均匀分散到推进剂中，而且保持C(60)化学活性，比纯C(60)的催化效果更好。     

含硼富燃料推进剂凝相反应对低压燃烧的影响

用差示扫描量热(DSC)和热重分析法(TGA),分析、研究了含硼富燃料推进剂的热分解特性;并测量了推进剂的爆热和燃速,比较了AP包覆硼粒子对推进剂燃烧性能的影响。实验结果表明:含硼富燃料推进剂各组分含量相同时,在硼粒子表面包覆AP提高了推进剂的爆热,其中凝相放热量增加,气相放热量减少;而推进剂的低压燃速提高了。分析表明促进凝相反应有利于含硼富燃料推进剂低压燃速的提高。     

催化剂对HMX/AP/HTPB推进剂热分解特性的影响

热分析实验是使用国产CDR-1型差动热分析仪。热分解活化能用Ozawa法和Kissinger法计算[1],其它动力学参数均用Kissinger法求得。全部热分析实验均在氮气气氛中进行。推进剂燃速用靶线法燃速仪测定。HMX和各种催化剂在使用前均经过烘干处理。催化剂过100目筛。      

AP/HTPB复合推进剂低压燃烧特性数值研究

为研究AP/HTPB复合推进剂低压燃烧特性,使用二维三明治模型进行了数值仿真研究。该模型使用简化的四步总包反应机理,考虑燃烧过程中的燃面退移,计算时大粒径AP取平均粒径,小粒径AP采用“均质黏合剂假设”,认为其与HTPB组成“均质黏合剂”。在0.02MPa-0.08MPa的压强下进行了仿真,并与高压（5MPa）下的燃烧仿真进行对比。结果表明,低压下固相AP对黏合剂的传热导致了交界面处燃面的下陷,下陷程度随压强减小而增大;随着燃烧的进行燃面各点燃速趋于一致,燃面形状不再改变。低压下气相反应表现为预混燃烧,初焰为主导反应。低压下燃速仿真与实验值基本一致,压强指数小于高压下的压强指数。