添加剂HMX对AP/HTPB复合推进剂燃速行为的影响

本文研究了添加剂HMX对AP丁羟推进剂燃速的影响。试验研究发现:在AP/HTPB复合推进剂中加入HMX时,其燃速降低;随着推进剂中HMX含量的增加,其燃速压力指数呈现出先下降后上升的“情形”;当HMX的粒度变细时,推进剂的压力指数显著降低。我们基于BDP模型的气相火焰结构设想,并强调燃烧表面上HMX熔层在燃烧过程中的作用,提出了一个多重竞争火焰—凝聚相结构和反应模型。它能解释AP—HMX双元系统丁羟推进剂的燃速行为和现象,并能对这种推进剂的燃速和压力指数调节的各种途径进行预示。此外,还提出了BDP和GDF模型一致性的设想和一些等价概念。     

HMX推进剂燃速的温度敏感性

为了阐明双基推进剂基体内HMX粒子的作用,研究了HMX基复合改性双基推进剂燃速的温度敏感性。虽然单位质量推进剂中包含的能量随着HMX重量分数ξ的增加而提高。但是,当ξ<～0.5时,燃速随着ξ的增加而下降。然而,当ξ>～0.5时,燃速又随着ξ而提高。换句话说,在定压下,ξ≌0.5时,燃速为最小值。温度敏感系数随着ξ上升而单调地下降。测试结果表明,当ξ上升时,嘶嘶区的反应速率单调下降,燃烧表面的反应热单调地增加。HMX—CMDB推进剂的这种燃烧模式证明了实测的燃速和温度敏感特性。     

奥克托金复合改性双基推进剂的燃烧特性

研究了奥克托金复合改性双基推进剂的燃烧波结构,测定了燃速与HMX含量的关系。在HMX含量低于50%时,燃速随HMX含量的增加而降低;在HMX含量高于50%时,燃速随HMX含量的增加而增大。在HMX含量低的区域内,燃速主要受气相反应速率控制,HMX的加入使暗区反应速率增大,嘶嘶区的反应速率降低,气相反馈给燃烧表面的热量减少。在HMX含量高的区域内,燃速主要受凝聚相反应速率控制,燃烧表面的反应热随着HMX含量的增加而增加。     

粒子冲刷对丁羟推进剂燃烧性能影响试验研究

利用X射线实时荧屏分析技术(RTR),开展了粒子冲刷条件下固体推进剂燃烧特性试验研究,获得了冲刷条件下丁羟推进剂燃烧界面动态退移图像和燃速变化规律。结果表明,在不同粒子冲刷速度条件下,丁羟推进剂的燃速均有增大。当粒子冲刷速度大于某一值时,燃面上会有凹坑形成,表明粒子冲刷导致推进剂燃速增加加剧,当冲刷速度小于这一值时,燃面上不会有明显凹坑出现,但在气相冲刷的作用下燃速也会有不同程度地增大,改变粒子浓度对燃速的影响不太明显。     

复合推进剂燃烧性能与组分热分解特性的关系实验研究

应用常压和高压差热分析技术研究了催化剂对推进剂组分热分解的影响,测定了催化剂共晶和混合加入时相应推进剂的燃速,分析了热分析与推进剂燃烧过程的异同点,引入高氯酸铵(AP)高温分解起始温度(T_(L-H))的概念并以T_(L-H)衡量了催化剂共晶加入时对丁羟推进剂燃速和压力指数的影响.研究表明,AP高温分解过程对复合推进剂燃烧特性影响较大;热分析与燃速相关性和催化剂加入方式有关;共晶催化剂作用下的复合推进剂燃速特性与氧化剂高温分解有密切关系;压强是影响推进剂燃速和热分解相关性的重要因素,高压下AP高温分解过程和变化能更大程度地反映到推进剂燃速中去。本文同时对产生上述现象的原因作了分析。     

复合推进剂拉伸应变条件下燃速变化计算分析

建立了复合推进剂在拉伸应变条件下燃速变化计算模型,并针对所建立方程进行了实验验证。结果表明,所建立模型在拉伸形变为0%~20%情况下与实验结果相符,燃速比与拉伸形变之间服从二次函数关系,燃速随应变增加而增大;复合推进剂的泊松比越小,则燃速比随拉伸应变增长越快;复合推进剂中粘合剂组分越少,应变状态下燃速比变化越显著。复合推进剂在拉伸状态下,粘合剂会出现疏松和裂纹,同时粘合剂和固体颗粒AP之间出现空隙,AP裸露面积增加,进而推进剂燃烧速度更快,燃速比更大。     

含铝推进剂的燃烧效率

为获得火箭顶级发动机所用推进剂的最优性能,本文就40种低燃速含铝推进剂配方的组分含量变化对其燃烧效率的影响进行了评价.所试验的推进剂由高氯酸铵、铝粉、环四甲撑四硝铵(HMX)和端羟基聚丁二烯组成.依据实验所得的铝凝聚尺寸、燃速和比冲数据可知,当燃速增加时,燃烧效率有增加的倾向;在低 L条件下,当铝凝聚尺寸减小时,比冲效率增加;铝凝聚的程度取决于口袋结构的特性,当口袋中的铝含量及铝与细 AP 质量比下降时,铝凝聚尺寸减小;口袋容积变小时,使用粗 HMX 具有减小铝凝聚尺寸的作用;HMX 的尺寸对燃速没有影响。     

低压下镁铝富燃料固体推进剂燃烧性能研究

通过调节氧化剂含量、粒度级配,或加入KP、用硼粉替换部分铗铝及改变催化剂含量,研究了镁铝富燃料固体推进剂燃速和压强指数的变化规律。研究结果表明,燃速随着AP、KP粒度的减小而增加;随AP含量的增加而增加;随催化剂含量的增加而增加;随KP含量的降低而增加。压强指数随AP粒度减小呈先升高后降低再升高的趋势;粒度不同的配方随AP含量增加,压强指数变化趋势不同;催化剂含量对压强指数的影响规律也同AP粒度有关;KP的粒度变化对压强指数几乎无影响。硼粉替换部分镁铝对燃速和压强指数的影响规律与氧化剂的粒度有关。     

复合固体推进剂燃面上复盖分数的确定

本文基于PU/AP和HTPB/AP复合固体推进剂在不同压力下中止燃烧的燃面采用X射线光电子能谱的测试结果,对燃面上氧化剂AP颗粒表面受熔化粘合剂复盖的面积分数进行了半定量计算。结果表明,在燃烧压力大于1.96MPa时,两种推进剂燃面上的粘合剂复盖分数,随压力上升而增加。这一结果将有助于复合固体推进剂稳态燃烧模型的深化和改进。     

催化硝胺推进剂的热化学分析

研究了催化刑对HMX复合推进剂的作用部位和模式。加入硬脂酸铅(PbSt)后,推进剂燃速急剧增加。此种燃速增快现象类似于催化双基推进剂,即所谓的“超速燃烧”现象。仅当粘合剂本身氧含量较高时,HMX的超速燃烧现象才会发生。但HMX本身的燃速并不随PbSt的加入而增加。PbSt影响粘合剂的热分解过程,并在燃烧表面上产生含碳物质,喷射至气相的气体产物也由于催化剂的加入而发生变化。这时气体物质量的比接近于化学计量比,因而反应速率很可能增加。反应速率的增加又使反馈至燃面的热流量增大,并使推进剂燃速增加。     

氧化剂和团聚硼粒度对富燃料推进剂燃速特性的影响

考察了细AP和团聚硼含量对含硼富燃料推进剂燃速特性的影响.结果表明,随细AP含量和团聚硼含量的增大,推进剂燃速增加,燃速压强指数也呈增加趋势.同时,以BDP模型为基础,将硼粒度对推进剂燃速特性的影响引入燃速表达式,表达式表明细AP和团聚硼有利于提高氧化剂的燃烧表面积在燃面上的比例,从而有利于提高推进剂的燃速.     

不同压强下催化剂对丁烃推进剂燃速及压强指数的影响

通过测试添加了两种不同燃速催化剂的丁羟推进剂在较宽压力段的燃速，发现草酸铵在高压下降燃速作用表现为“失效”，推进剂燃速压力指数聚升，而卡托率能提高压下推进剂的燃速，起到降压力指数的作用，并用BDP稳态燃烧物理模型作了相应的解释，理论分析与实验结果相符。     

GAP/CL-20高能固体推进剂燃烧性能影响因素

采用水下声发射法测试了推进剂静态燃速,用线性回归法计算了推进剂燃速压强指数;研究了GAP/CL-20高能固体推进剂中增塑比及固体组分AP、CL-20、Al粉粒度等配方组成因素对燃烧性能的影响。研究结果表明,增塑比一定范围内的变化不会对推进剂燃烧性能产生显著影响,其燃速和燃速压强指数基本不变;CL-20粒度减小或AP粒度增加均会导致燃速不同程度的降低,Al粒度减小也会使燃速减小,但在达到一定程度后,燃速又增加;推进剂燃速压强指数随CL-20、Al粉粒度减小和AP粒度增加而减小,并对其燃烧性能的影响机制进行了简单分析。     

碳单元的结构特征和双基型推进剂的燃速温度系数(物理模型Ⅱ)

分析了碳单元的结构特征,推论出双基和改性双基推进剂的分解温度、表面温度不随压力和初温而改变,以及碳单元顶端温度相对稳定.依此讨论了燃速温度系数及其规律.     

丁羟推进剂侵蚀燃烧实验研究

本文研究配方中铝含量不同、催化剂含量和种类不同、燃烧表面粗糙度不同,以及无侵蚀的燃速不同时,丁羟推进剂的侵蚀燃烧特性.试验结果表明,凡是能使推进剂无侵蚀的燃速提高的措施,均可减轻推进剂的侵蚀燃烧,如果无侵蚀燃速相同,燃面粗糙度越大,侵蚀越严重.     

团聚硼对富燃料推进剂燃烧性能的影响

考察了不同粒度、不同包覆剂的团聚硼对含硼富燃料推进剂燃烧性能的影响。结果表明,随团聚硼颗粒粒度的增大,推进剂的燃速增加,低压可燃极限降低,但燃速压强指数呈下降的趋势;包覆材料AP、L iF有利于提高推进剂的燃速,降低低压可燃极限,但不利于提高燃速压强指数。     

镁铝富燃料推进剂燃烧性能研究

为了研究镁铝富燃料推进剂燃烧性能,采用捏合机混合物料、真空浇注、恒温固化的方法制备推进剂试样,用靶线法测试推进剂燃速(0.5~2.0 MPa),用Vieille经验公式r=apn计算压强指数。研究表明,细粒度AP含量增加,燃速逐渐增加,而压强指数先升高后降低。采用复合催化剂GFP/Fe2O3可同时提高燃速和压强指数。当催化剂质量含量为5%时,改变GFP/Fe2O3比对推进剂的燃速及压强指数的影响与氧化剂AP级配有关。对于细粒度AP含量高的配方,GFP/Fe2O3对燃速和压强指数影响较大。金属含量对燃速影响较大,对压强指数影响很小。而Mg/Al比对燃速和压强指数影响都很小。随着氧化剂中KP含量增大,燃速呈下降趋势,压强指数先升高后下降。     

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。     

输送管壁温对膏体推进剂燃速的影响

膏体推进剂作为一种新型特种推进剂,具有广阔的应用前景。膏体推进剂燃速直接影响发动机内弹道性能,研究输送管道壁温对推进剂燃速的影响具有重要意义。采用幂律本构方程表征膏体推进剂粘度,Arrhenius方程表征温度对粘度影响,并利用中心有限差分格式对控制方程进行离散。对恒定壁温下的膏体推进剂与管道间传热特性进行数值仿真,并进行了数值验证。结合仿真结果,并借鉴固体推进剂初温与燃速关系,分析了热管道内膏体推进剂燃速特性。结果表明：近壁面加热层厚度随入口速度增高而减小,随管径增大而增大,管内膏体推进剂平均燃速较入口温度条件下有所提高,同时,高温壁面条件下,近壁面推进剂温度高于爆发点,需要考虑管道内的防窜火措施。     

GAP推进剂的燃烧

为了解高能叠氮聚合物的燃烧速率机理,对GAP(聚叠氮缩水甘油醚)推进剂的燃烧和分解过程作了研究.GAP推进剂的特点是在分子结构中附有-N_3官能团,燃烧试验结果表明:即使单位质量GAP推进剂所含的能量相对较低,GAP推进剂的燃速也较高;而且其燃速很大程度上依赖于初始温度和GAP推进剂中的混合浓度.AGP推进剂的燃速随着单位质量的GAP推进剂中-N_3官能团浓度的增加而增加.从GAP燃烧火焰结构的热分布试验和热化学试验中可发现,燃烧表面放出的热量比由热气流反馈到燃烧表面的热量大得多,GAP的初始分解是由-GH_2-N=N_2分子结构中键断裂生成-C≡N N_2引起的.该分解反应具有高达685kJ/mol的放出热,由此可得,所观察到的高燃速是由燃烧表面的热分解反应引起的.