含纳米金属粉的推进剂点火实验及燃烧性能研究

利用CO2激光点火系统对含有纳米铝粉和纳米镍粉的AP／HTPB推进剂进行激光点火实验,测量了推进剂在不同激光功率和压强下的点火延迟时间,对推进剂的燃速、常压点火温度和爆热也进行了测量。同时,利用氧化还原滴定法测定燃烧残渣中活性铝含量。结果表明,纳米铝粉(n—Al)的点火阀值比普通铝粉(g-A1)的点火阀值小几个数量级,加入纳米铝粉可有效地缩短推进剂点火延迟时间。而在纳米镍粉为催化剂的协同作用下,推进剂燃速明显提高,点火延迟时间也大大减少,Al在推进剂燃烧过程中的燃烧效率得以提高,同时燃烧残渣中活性铝含量也明显降低。     

纳米铝粉在复合推进剂中的应用

考察了不同类型纳米铝粉的能量性能及热氧化特性。结果表明,纳米铝粉的活性铝含量低于普通铝粉,随活性铝含量的降低,纳米铝粉的燃烧热值降低;纳米铝粉呈现出与普通铝粉截然不同的热氧化特性。同时,研究了纳米铝粉对复合推进剂的燃烧性能与能量性能的影响,结果表明,纳米铝粉可提高推进剂的燃速和降低压强指数,有利于改善推进剂的燃烧性能,但纳米铝粉的低活性铝含量导致推进剂的爆热值降低。     

铝粉粒径对高铝含量富燃料推进剂一次燃烧性能的影响

通过改变铝粉粒径大小制作高铝含量推进剂,在此基础上进行热分析试验、爆热测试以及燃速测试,分析总结了铝粉粒径大小对推进剂一次燃烧性能的影响。推进剂各组分相同时,热分析结果表明,推进剂凝相反应程度相近,铝粉粒径大小对推进剂凝相反应没有明显影响;爆热测试和燃速测试表明,超细铝粉可显著改善推进剂燃烧性能,提高燃速和爆热、降低压强指数,减少燃烧产物结块、改善产物分散性;同时,超细铝粉由于自身小尺寸优势在推进剂的燃烧过程中更多地参与了气相反应,提高了推进剂气相放热量。通过以上实验分析得出,铝粉主要参与推进剂气相反应,铝粉粒径大小对推进剂气相反应影响较大。     

推进剂铝粉含量对固体发动机温度敏感系数的影响

用一种多分散的含铝固体推进剂的燃烧模型来确定具有单峰氧化剂分布的AP/Al/HTPB 推进剂的发动机温度敏感系数.铝粉含量在(0～20)%(质量百分比)之间变化,推进剂燃面与喷管喉面之比为250～500.结果表明,推进剂铝粉含量对发动机温度敏感系数的影响与发动机的燃喉面积比 K_H 有关.通常,增加燃喉面积比,发动机温度敏感系增至某一最大值,然后随发动机燃喉面积比的增加而减小.燃速系数和压强指数随初温和铝粉含量的变化,对发动机温度敏感系数有明显影响。而特征速度对温度敏感系数影响不大,但常常是增加的。     

固体推进剂铝粉燃烧特性及机理研究进展分析

铝粉在推进剂燃烧表面上会发生团聚凝结,对推进剂燃烧性能及固体火箭发动机的绝热层和喷管烧蚀等性能造成重大影响。文章综述了固体推进剂中铝粉燃烧方面的最新研究进展,主要包括铝粉点火及燃烧机理、凝聚相燃烧产物特性、影响因素及改善铝粉燃烧效率等方面的研究进展。铝粉表面特性、推进剂的微观结构和燃烧气氛环境等是影响铝粉燃烧的主要因素;采用控制铝粉粒径分布、铝粉包覆和多元合金等手段,可有效提高推进剂中铝粉的燃烧效率。     

超细铝粉在Ap／HTPB推进剂中的燃烧研究

研究了1.25μm和小于1μm的超细铝粉分别在Ap/HTPB系列推进剂中的燃烧特性,并与30μm的粗铝粉进行比较。认为超细铝粉在推进剂燃面上存在着凝聚和直接点火两种现象,这两种现象受氧化剂粒度、含量和种类的限制。实验结果表明,在某些配方中超细铝粉的燃烧性能明显优于粗铝粉,在以粗Ap为主的丁羟推进剂中合理使用超细铝粉,可以改善推进剂的燃烧性能,提高推进剂燃速,降低压强指数。本研究对于改善推进剂燃烧效率有很重要的现实意义。     

超级铝热剂对双基推进剂燃烧性能的影响

为了考察超级铝热剂对双基推进剂燃烧性能的催化效果,采用超声分散复合法制备了铝热剂Al/PbO、Al/CuO和Al/Bi2O3,利用螺压工艺制备了含超级铝热剂的推进剂样品,研究了超级铝热剂对双基推进剂燃烧性能的影响。结果表明,超级铝热剂对双基推进剂的燃烧具有良好的催化作用,能显著提高双基推进剂的燃速,但对推进剂压力指数的改善并不明显;纳米级超级铝热剂的改善效果明显优于微米级超级铝热剂;超级铝热剂对双基推进剂催化作用的大小顺序为Al/PbO>Al/Bi2O3>Al/CuO。     

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。     

纳米铝粉燃烧残余物的粒度分析

在常压下对纳米铝粉、普通铝粉及AP／Al/HTPB推进剂进行了点火试验，用激光粒度分析仪对燃烧残余物进行粒度分析。结果表明：纳米铝粉具有较低的着火点，而普通铝粉很难着火；普通铝粉在推进剂中燃料过程存在显著的凝聚行为，残余物粒度分布无规律，而纳米铝粉的燃烧则无明显的凝聚行为，燃烧物只是在尺寸上有所增大，粒度分布呈现较好的规律；纳米铝粉应用推进剂将有利于提高燃烧效率。     

Al/HMX复合含能材料的制备及其燃烧特征参数研究

奥克托今(HMX)包覆铝粉(Al)能够有效降低Al的团聚烧结现象并改善其能量释放效率。采用物理混合法、溶剂-反溶剂法和溶剂蒸发诱导自组装法分别制备了三种不同结构的Al/HMX-1、Al/HMX-2和Al/HMX-3复合含能材料。相较于Al/HMX-1和Al/HMX-2,Al/HMX-3复合材料为球形包覆结构，D₅₀为6.651μm,各组分均匀分布。Al/HMX-3复合材料具备最优的热分解性能，其HMX的分解峰温降低到264.3℃,比Al/HMX-1和Al/HMX-2分别降低了～20.0℃和～19.2℃。燃烧性能分析表明，Al/HMX-3复合样品的燃烧更剧烈，团聚烧结现象降低，具有最高的燃烧热和燃烧温度。通过HMX均匀的包覆，HMX分解及时为Al燃烧提供氧化性气体“牢笼”促进Al氧化，并减少Al颗粒之间的相互碰撞导致的团聚。因此，燃烧性能和能量释放效率得到大幅度提升。     

含微米级铝粉丁羟推进剂燃烧效率影响因素研究

理论计算丁羟推进剂组分对凝聚相产物的影响,利用充氮气密闭装置收集含微米级铝粉丁羟推进剂燃烧残渣,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分别对残渣形貌及物相分析,并采用激光粒度仪测试燃烧产物平均粒径,研究铝粉粒度及含量、燃速催化剂含量、氧化剂级配等因素对微米级铝粉在推进剂燃烧过程团聚及燃烧效率影响.结果表明,丁羟推...     

降速剂对低燃速NEPE推进剂高压燃烧性能的影响

添加降速剂和调节RDX/AP含量是调节NEPE推进剂燃速的两种常用途径。采用水下声发射燃速测试仪、密闭燃烧器、BSF φ75 mm发动机等测试方法,研究了低燃速NEPE推进剂静态高压燃烧性能规律和发动机动态高压燃烧稳定性。研究发现,NEPE推进剂的中低压区燃速随着降速剂含量增大而显著降低,高压区燃速降低幅度相对较小,燃速-压强(r-p)曲线在15 MPa和45 MPa出现两个拐点,而且降低RDX含量对降低高压段燃速作用显著。BSF φ75 mm发动机试车结果表明,低RDX含量的C1配方(28%)最大工作压强不超过20 MPa,而高RDX含量(38%)的C4配方最大工作压强达到30 MPa。发动机稳定燃烧的最大压强随NEPE推进剂的燃速降低而下降,主要原因是低燃速推进剂铝粉燃烧效率降低使凝聚相燃烧产物含量和粒度增大。     

调整复合推进剂配方改善喷焰微波衰减特性

对复合固体推进剂喷焰的微波衰减特性与其主要组分，即铝粉，黑索金和过氯酸铵的影响的关系进行了分析，得出了一些基本规律。通过调整ＲＤＸ、ＡＰ和铝粉含量的比例，可以不显著降低推进剂能量特性的基础上，在一定程度上改善复合固体推进剂喷焰的微波衰减特性。对复合固体推进剂的配方优化设计和研究具有参考意义。     

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。     

球形铝粉对低燃速丁羟推进剂燃烧特性的影响

采用静态燃烧性能测试和实验发动机动态实验等方法。研究了球形铝粉替代非球形铝 后推进剂燃速特性的变化。研究发现，含球形铝粉推进剂的低压燃烧速显著降低，而燃速压强指数明显高于含非球形铝粉推进剂，讨论了球形和非球形铝粉对推进剂燃烧过程的影响，并初步解释了含球形铝粉推进剂低压燃速的下降原因。     

1^#铝粉用于中燃速丁羟固体推进剂的研究

研究并考察了1~#及3~#铝粉对中燃速丁羟固体推进剂性能的影响。研究结果表明,通过球形AP级配调整,采用1~#铝粉代替3~#铝粉,不仅降低了推进剂成本,保持了3~#铝粉推进剂的良好性能,而且使常温延伸率提高5%左右。     

液氧/铝月球火箭发动机设计

本文对含铝(Al)33%的液氧(LOX)单组元推进剂火箭发动机进行方案设计研究。发动机分为挤压式和泵压式两种方案,推力分别为26.69kN 和444.83kN。提出了发动机的计算参数和假定参数。通过讨论发动机的主要分系统如单组元推进剂贮箱、供应管路、泵、涡轮、燃烧室和喷管/出口锥等,指明完成设计程序的关键分析难点和所需数据。与分析结果一起指明一种新组合件:火焰回流捕获器。该装置的功能是阻止火焰峰延伸部分通过推进剂管道进入贮箱。Al/LOX 火箭发动机的主要设计难点是其热流量高,通常比常规火箭发动机高出很多。结果表明:由于热流量太高,挤压式发动机采用超临界 LOX 冷却是不可能的,而泵压式发动机 LOX 流量大,冷却则可以实现。考虑到铝粒在单组元推进剂中的点火延迟和燃烧时间,建议推进剂雾化到200μm 或更小。推进剂中 Al 含量低,导致燃烧长度不能接受。除出口锥以外,Al 和氧化铝的侵蚀不是设计中的主要问题。现在的计算机程度能够预示出口锥造型,这种造型的喷管出口锥不经受颗粒的冲击侵蚀。同时还提出了校验出口锥造型的设计准则。     

白刚玉对微烟推进剂燃烧性能的影响

微烟推进剂不能含有铝粉,故必须加入其他燃烧稳定剂来抑制不稳定燃烧。本文提出了燃烧稳定剂选择的关键性指标——粒度及粒度分布的可控性,认为磨料微粉白刚玉(Al_2O_3)是微烟推进剂比较合适的燃烧稳定剂新品种,进而研究了白刚玉粒度、含量对推进剂燃速、压强指数和燃烧稳定性影响的规律性,探讨了燃烧前后白刚玉粒度变化的趋势,并由实测火焰结构证实,该推进剂与双基推进剂火焰结构相似,从而为该类推进剂选择催化剂提供了理论依据.     

硝胺对低燃速丁羟推进剂能量与燃速的影响

从推进剂的能量特性和燃烧性能的角度探索了硝胺（RDX、HMX）在低燃速丁羟推进剂应用的可能性，结果表明：保持固体含量和铝粉含量恒定时，在推进剂中加入一定量的硝胺部分取代AP，可以提高低燃速丁羟推进 理论比冲和显著降低推进剂的燃速压强指数，但加入RDX、HMX降低丁羟推进剂燃速的幅度非常小。