硝胺/高氯酸铵/丁羟推进剂高压燃烧特性

研究了低铝含量(5％)的NA(硝胺)／AP／HTPB推进剂高压(15MPa～22MPa)燃烧特性。结果表明：二茂铁衍生物(RMT)能大幅提高推进剂燃速和降低高压燃速压强指数。随着RDX含量(15％～35％)增加，推进剂燃速基本不变；而HMX(15％～30％)含量增加，燃速呈降低趋势。提高配方中RMT含量、细AP的含量或采用RMT，铬酸盐组合催化剂的方法都可将NA／AP／HTPB推进剂高压压强指数降低到0．45以下。     

激光辐射下AP/HTPB复合推进剂低压燃烧特性数值模拟

为了研究激光辐射对AP/HTPB复合推进剂低压燃烧的作用机理，建立二维三明治稳态燃烧模型进行数值仿真研究。针对激光辐射强度1.4W/mm²，压强30～90kPa的工况下推进剂的燃烧进行仿真计算，并与130～160kPa压强下自持燃烧的仿真结果进行差异分析。结果表明，激光助燃工况下，仿真计算所得燃速与实验基本一致，最大误差不超过4.2%。在激光助燃和自持燃烧工况下，组分扩散速度快，气相火焰均为预混结构。激光助燃工况下，激光辐射的能量使得近燃面处的反应比较充分，初扩散反应在气相反应中占主导地位，气相火焰高温区域离燃面近；自持燃烧工况下，AP预混反应和初扩散反应共同主导气相反应过程，气相火焰温度在垂直于燃面方向上增长缓慢且高温区域离燃面远。激光助燃比自持燃烧时的压强指数低，推进剂燃烧对压强的敏感性较弱。     

组合催化剂MT在丁羟推进剂中的应用

研究试验了组合催化剂MT在丁羟推进剂中提高燃速和降低燃透压强指数的作用。结果表明，MT与不同含量和粒度小于10μm的AP匹配使用，燃速可在9mm／s～30mm／s范围内调节；压强指数均小于0．2（压强范围3MPa～9MPa），出现“平台”燃烧效应；发动机实测的压强指数与试验结果基本一致；选用合理的M与T组合比，可不影响推进剂制造工艺性能和药柱力学性能。对结果的理论分析认为，M与T对改善AP低压下热分解具有协同效应。     

包覆及团聚硼对富燃料推进剂燃烧性能的影响

研究了硼粉表面包覆材料的种类和含量及团聚硼的含量对富燃料推进剂燃烧性能的影响。结果表明,团聚硼有利于提高推进剂的燃速与燃速压强指数;包覆材料AP的含量对推进剂燃烧性能的影响较为复杂,低含量有利于提高推进剂的低压燃速,但对燃速压强指数不利,高含量有利于提高推进剂的燃速压强指数,但对低压燃速不利;包覆材料L iF有利于提高推进剂的低压燃速,但过高的含量降低了推进剂的燃速压强指数。     

硝酸酯增塑聚醚高能推进剂高压燃烧性能研究

实验研究了硝酸酯增塑聚醚高能推进剂高压燃烧性能。通过对PET,PEG和叠氮聚醚三种粘合剂;NG,TEGDN及BTTN三种增塑剂;AP,RDX,Al粉的含量和粒度进行研究,发现推进剂在9～25MPa压强范围内燃速 压强曲线存在拐点,得出了推进剂各主要组成及固体组分的含量和粒度变化时推进剂高压燃烧性能的变化规律:分别以PET,PEG和叠氮聚醚为粘合剂时,推进剂燃速依次升高;含不同增塑剂的推进剂的燃速随增塑剂中硝酸酯基含量的增加而增加;AP含量增加同时RDX含量减小,燃速增大并且压强指数降低;AP粒度减小时,燃速增大,并且超细AP可大幅度增加燃速;Al粒度减小时,燃速先减小后增大,致使推进剂压强指数升高。     

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.     

NEPE推进剂的高压燃烧特性研究

应用高压燃速测试、微热电偶测温及燃烧火焰单幅摄影等技术,研究了NEPE推进剂的高压燃烧特性与燃烧机理。实验结果表明:NEPE推进剂高压压强指数出现拐点;且随压强以及AP含量升高,燃烧波由硝胺-CMDB向AP-CMDB推进剂转变。分析认为硝酸酯基的含量及AP单元推进剂的扩散火焰是控制NEPE推进剂燃速及压强指数的主要因素。     

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。      

组分对硝酸酯增塑聚醚推进剂燃烧性能的影响

通过对氧化剂AP含量及粒径、燃速催化剂种类及含量、铝粉粒度、交联剂及工艺助剂等的调整，对硝酸酯增塑聚醚推进剂的燃烧速度和燃速压强指数进行了研究，结果表明，燃速在7．7～16．7mm／s（7．0MPa）范围内可调，静态燃速压强指数稳定在0．5，最低可达0．41。     

AP/HTPB复合推进剂微尺度燃烧模型及数值分析

为了研究AP/HTPB复合推进剂微尺度燃烧与流动特性,建立了二维三明治结构的稳态燃烧模型。该模型考虑了气相火焰热反馈与固相组分热传导之间的耦合,通过对气相求解完整的N-S方程组,获得了AP/HTPB的燃速与微尺度燃烧场各物理量的分布特性。结果表明,随着环境压力升高,燃烧火焰由预混结构逐渐发展为扩散结构;压力越高,火焰热释放及其对燃面的热反馈越强,燃面的温度与燃速越高,燃速的计算结果与实验结果吻合较好;AP/HTPB交界点附近气体组分发生强烈的扩散反应,侧向速度对燃烧与流动有显著影响。      

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。     

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.     

含铜有机络合物在丁羟推进剂中的作用过程初步探索

通过常压热重法、高压差热分析、夹心件中断熄火燃烧实验及SEM观察和XPS分析等多种实验观测手段,初步研究了一种能有效地降低HTPB/AP复合推进剂压强指数的含铜有机络合物(TP)的作用过程。研究表明,TP通过促进氧化剂AP的高温分解过程促进推进剂的燃速;TP的作用效果与这种化合物的耐热性和燃烧过程中各种产物的性质有关。对典型催化剂TP的研究结果为筛选燃速催化剂和进一步研究燃速催化机理提供了分析的依据。     

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。     

过氯酸铵粒度对丁羟复合固体推进剂侵蚀燃烧的影响

用透明窗发动机及高速摄影装置研究过氯酸铵粒度对丁羟复合固体推进剂侵蚀燃烧的影响,得出了不同过氯酸铵粒度推进剂的侵蚀比与气流速度及压力的关系式.结果表明,复合推进剂中过氯酸铵粒度越大,其燃速对气流速度和压力越敏感,即侵蚀越严重;过氯酸铵粒度越大,其侵蚀界限速度越小,即其越易发生侵蚀;每种过氯酸铵粒度的推进剂,其侵蚀界限速度均随压力的增大而减小.     

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。     

复合推进剂中的降速剂

采用燃速测量、热分析等技术，研究了草酸铵、碳酸锶、碳酸锶／草酸铵、碳酸锶／草酰胺等添加剂对AP／HTPB系推进剂燃速的影响。结果显示，上述几种添加剂均可不同程度地使推进剂燃速降低，其原因是添加剂促使AP的分解峰温向高温方向移动以及使AP分解的活化能增加。不同添加剂的影响机理有所不同：草酸铵的分解产物阻碍AP低温、高温分解，从而使AP分解峰向高温方向移动；碳酸锶和AP分解产物高氯酸反应产生不易分解的高氯酸锶使AP分解峰温升高；同时由燃速测试结果发现，在压强大于5MPa时，碳酸锶／草酸铵、碳酸锶／草酰胺产生协同作用，使推进剂降速效果非常明显，尤其是碳酸锶与草酰胺的组合，不但使推进剂燃速降低明显，而且压强指数的降低幅度也最大，是一种良好的复合型降速剂。     

细粒度AP的改性双基推进剂燃速预示模型

在一维气相稳态反应流模型的基础上,讨论了细粒度AP对改性双基(CMDB)推进剂燃速的影响,引入工艺粒度d*s,修正了AP对燃烧表面结构影响因子fAP和分解影响因子gAP,建立了适用于细粒度AP的CMDB推进剂燃速预示模型,该模型可从推进剂化学结构参数出发,定量计算AP-Al-CMDB推进剂的燃速。结果表明:在压强9.8～19.6MPa条件下,不同AP粒度和含量下的燃速计算结果和实验结果吻合较好,大部分误差在5.0%,检验了模型的可靠性,对推进剂配方研制具有较好的指导意义。     

丁羟推进剂燃速计算图象法

本文用PEM模型编制的燃速计算程序,计算了一定压力,一定过氯酸铵(AP)粒径级配条件下不同配方的燃速,求出配方组分与燃速关系方程,绘制出AP/Al/HTPB系统的等燃速三角图,在图中由配方组分可迅速查找出燃速,也可由给定的燃速选择合适的配方.     

含铝固体燃料冲压发动机工作性能分析

为探究含铝固体燃料冲压发动机的燃烧特性和工作性能，基于纳米铝颗粒和端羟基聚丁二烯（HTPB）的混合固体燃料，采用雷诺转捩模型、颗粒表面反应模型和涡概念耗散模型，建立了二维两相湍流燃烧模型；数值计算分析了含铝固体燃料冲压发动机内流场，以及不同含铝质量分数和粒径下的燃面退移速率、推力与比冲。结果表明：发动机的进气条件对颗粒相的燃烧与运动起主导作用；与纯HTPB推进剂相比，添加质量分数为5%的铝颗粒能够提高补燃室压强和温度，增大燃烧室内高温区面积，可使推进剂平均燃面退移速率提高18.53%，发动机推力提高21.37%，密度比冲提高2.38%，适当增加铝颗粒含量或减小粒径，对提高推进剂燃面退移速率、发动机推力和密度比冲具有积极作用。