固体推进剂领域专利概况分析

<正>固体推进剂是固体火箭发动机的动力源用材料,特别是端羟基聚丁二稀(HTPB)、高能硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂的出现,使固体推进剂更加广泛应用于战术、战略导弹和航天运载领域中,固体推进剂的性能也直接影响导弹武器的作战效能和生存能力。目前,各国都在针对战略、战术武器系统生存环境要求的提高,积极探索、开发以高能量密度材料合成及应用为主体的新型高性能推进剂,同时,也积极追求固体推进剂的低特征     

高密度比冲推进剂

目前通用的推进剂制造工艺,已能生产20,000多台高密度比冲推进剂的火箭发动机。这种CTPB基推进剂释放的能量高达20磅—秒/英寸~3。相比之下,有些发动机使用的CTPB/AP推进剂却低于11磅一秒/英寸~3。这类推进剂极适用于体积受到限制的系统,如飞行员逃逸系统。它们在宽达-54～+93℃的温度范围内检验合格,并在+129℃下作过试验。这类高密度比冲的推进剂可应用于M119脱轨补偿这类火箭发动机,而它要求的高装填分数是CTPB/AP推进剂所达不到的。     

烃类推进剂航天动力技术进展与展望未来

为研究烃类推进剂航天动力技术在中国的后续发展和未来应用方向,对比分析煤油、甲烷和丙烷等典型烃类推进剂的物理化学性质和应用特性,简要介绍烃类推进剂航天动力在一次性运载火箭、可重复使用运载器、高性能上面级推进、无毒空间推进和吸气式推进领域的发展动态及应用状况。当前国内外航天动力系统的发展和应用情况表明,以液氧煤油发动机和液氧甲烷发动机为代表的烃类推进剂航天动力将引领未来高性能低成本航天推进系统的发展趋势,依照中国液氧/烃火箭发动机的研制进展和技术水平,以其为核心的新型动力体系在中国未来的天地往返、载人登月和深空探测等多任务适应性方面具有良好应用前景。     

日本H系列火箭低温级的研制

目前航天推进系统所用的推进剂中,液氧和液氢推进剂组合的性能最高。因此,为了提高运载能力,目前很多运载火箭都有一级使用液氧/液氢作为推进剂。日本宇宙开发事业团(NASDA)从1972年开始进行液氧/液氢推进系统的研究工作。1986年,H-1火箭的首次飞行获得成功。该火箭的第二级采用了液氧/液氢推进系统,到1992年2月计划结束为止,9次发射全部获得成功。     

液体火箭凝胶推进剂燃烧特性研究进展

液体火箭凝胶推进剂燃烧特性是凝胶推进技术发展的关键问题之一。综述了液体火箭凝胶推进剂燃烧特性研究状况与进展,详细阐述了凝胶液滴燃烧机理,总结分析了凝胶推进剂燃烧特性三种试验研究方案和四种理论研究模型的特点,指出了研究凝胶推进剂燃烧特性的重要性并对进一步的研究工作提出建议。     

典型低温推进剂的热力学性能参数评估

近年来,低温推进剂在火箭推进领域得到了广泛应用,针对液氧、液氢以及液甲烷等低温推进剂的研究也得到了深入开展。然而,有关低温推进剂热力学性能的研究虽有开展,但各种推进剂性能的特点和差异缺乏研究,对低温推进剂的热力学性能缺乏综合性分析研究和系统认识。统计了1960年以来火箭推进剂的使用以及按照火箭级应用分布情况,对低温推进剂在火箭推进领域的应用与发展进行系统性综述。从低温推进剂的基础热物理性质出发,面向航天推进应用,对不同低温推进剂的动力特性、传输特性、贮存特性以及致密化特性4个方面进行综合评估。结果表明：液氢推力特性最好,氢氧发动机理论比冲可达457 s。相同管路和工况条件下,液氢流动阻力最小,液氧流动温升最小,液甲烷流动阻力和温升特性表现居中。以管长为10 m、管内径为0.1 m的加注管路为例,液氢流动压降小于5 kPa,液氧流动温升小于0.5 K。在地面停放过程中液氧和液甲烷温升小,贮箱增压慢,同时液甲烷热分层现象较弱。对于高5 m、直径3 m的圆柱形贮箱来说,当外界热流密度为50 W/m²时,液氢温升可达4.83 K,液氧仅为1.93 K;液氧贮存周期可达36...     

德国高燃速少烟推进剂研究

高燃速少烟火箭推进剂可用于高加速战术禅火箭发动机。德国对三种高氨酸镇含量不同且不加铝的推进剂的性能作了研究。aAP／HMX／HTPB推进剂主要成分：高氨酸按（AP）840’0～92“。，奥克托金（HMX）O～254b．端羟基聚了二烯（HTPB）和已二酸二异辛酯（）（）／＼）8％～16［。。考虑到加工性能．固体含量最大为86％～88％，在能保持预混药浆流动性的情况下，不含＊＊x的推进利性能为2430～2460N·S儿g。bAP／PU／TMETN推进剂主要成分：AP50％～SO％．聚氨酯（PU）4％～20q6．三羟甲氧基已烷三硝酸酯（TMETN）12％～4096。…     

HEDM作为固体推进剂组分的评价(Ⅰ):几种环状硝胺的计算研究

对近几年新合成的几个环状硝胺化合物的能量性能进行了计算分析,并与HMX作了比较,提出了评价其作为推进剂组分潜力的方法.初步分析结果表明,BCSDX和HNIW具有高能量密度的特点,是比较有希望的高能量密度材料.     

推进剂供应系统增压过程仿真

在大型液体火箭推进系统中,推进剂供应系统对贮箱压力有着严格的要求,增压系统作为可靠性环节的关键系统,工作过程复杂,需要进行仿真分析和试验验证,以改进设计。应用系统仿真技术,对某推进剂供应系统的增压过程进行了仿真,仿真结果与试验情况基本吻合。仿真结果表明缓冲阀可以有效地抑制增压过程压力振荡。此外,系统增压时间不能低于17s。     

国外固体推进剂技术现状和发展趋势

总结了固体推进剂技术发展情况，综述了国外固体推进剂技术现状，重点介绍了国外高能量密度材料、含能粘合剂及增塑性，氧化剂，添加剂以及新型固体推进情况，并提出了固体推进剂技术今后的发展趋势。     

运载器羟铵硝酸基单组元推进剂评估

由于航天飞行的费用不断增长,且需要进一步提高运载器性能并减少对环境的危害,这些促使考虑改变火箭设计和推进剂选择的标准。以往推进剂的性能优劣仅取决于比冲和密度,现在对环境安全无害及可操作性与费用也是关键因素。目前对这些因素的重视使政府和商业发射商对使用HAN(羟铵硝酸)基液体推进剂作为简单、安全、可靠和高性能的单组元推进系统用推进剂更加感兴趣。     

RDX基复合推进剂在快速增压下点火特性的比较

本报告研究了RDX基复合推进剂系列的点火特性。在快速增压下,对各种推进剂的发光时间进行了比较。所使用的增压速率和火箭发动机中点火瞬变相一致,以使研究结果可用于推进系统的设计,并可用于满足设计点火特性需要的推进剂组分的选择。发光时间(t_(LE))随增压速率的增加而减少,并明显地依赖于推进剂组分及其质量分数。还发现具有短的t_(LE)的推进剂试样,未必具有高的质量消耗,这表明推进刑的易损性(Vulnerability)应该由t_(LE)和质量消耗分数两者来评价。     

国外复合固体推进剂的现状

前言当前国外在火箭推进剂领域中正大力发展固体推进剂,特别是 HTPB(端羟聚丁二烯)推进剂已被广泛地应用在战略、战术火箭以及航天的大型助推器上。标志着复合固体HTPB 进剂作为全面发展的推进剂已日趋成熟。由于这方面的资料国内已有大量报导,不再赘言。     

固体推进剂推进及毁伤技术研究进展

固体推进剂推进与毁伤一体化技术,可以在战略战术临时更改而导致推进剂未燃尽的情况下,通过起爆固体火箭发动机内的余药,达到提高导弹毁伤效果的目标,具有拓展导弹的战略用途、充分发挥导弹性能和高效利用高附加值资源的意义。目前,受国外的技术封锁,固体推进剂推进与毁伤一体化技术尚有关键技术亟待突破。首先,基于固体推进剂点火后的反应增长过程,提出了固体推进剂在燃烧时可控向爆轰状态转换是实现推进与毁伤一体化技术的关键,其中燃烧转爆轰机理和燃烧性能控制是重要支撑技术。然后,进一步阐述了能量性能控制对固体推进剂推进及毁伤性能的重要作用。最后,提出了采用可控起爆或发动机-战斗部一体化实现固体推进剂推进与毁伤一体化的设想。未来应加强复合含能材料燃烧与爆轰可控转换机理、可控起爆原理及控制方法、发动机-战斗部结构及装药一体化等的研究,以支撑固体推进剂推进与毁伤一体化技术的发展。     

可贮存液体推进剂使用:无毒推进趋势

在冷战时期,从战略快速反应角度出发,研制的可贮存液体推进剂都是剧毒的,应该从当今商业发射市场消除。可贮存液体推进剂的重要特性是常温下呈液态,能够长期贮存、自燃。然而,绝大多数这种推进剂也带有强烈的毒性,人们一旦接触,就可能导致死亡。虽然这些推进剂仍然应用在长期贮存及快速反应系统,低温无毒推进剂能够较好应用在许多发射领域,特别是大型助推器上。可贮存推进剂应用的最好例子包括长期在轨卫星位置保持及快速反应武器系统中的推进系统上。然而,这些独特系统所需要的推进剂量同大型助推器所需要的推进剂量相比暗然失色。这些独特系统的要求,即真正需要长期贮存,其推进剂量只是目前使用总的有毒推进剂量的1%。其余的99%并未应用在需要长期可贮存的系统中。例如质子号助推器的推进剂用量接近普通卫星轨道保持推进剂系统推进剂用量的1000倍。实际上,氧化剂变成洁净的液氧将会降低成本并且显著提高商业发射的有效载荷。转交的障碍在于能否花得起钱,重新鉴定将有毒的推进系统转交成无毒低温推进系统。管理需要和可贮存系统的维护费用要求将最终迫使这种转变成为现实,但产业初期的投入将更具有经济意义。     

复合推进剂粘合剂的发展历史

十九世纪前大约600年间,黑火药是用于固体火箭的唯一推进剂。第二次世界大战前夕发生了较重要的技术突破,当时 Von Karmau 博士及其同事应用一种有机材料,与无机氧化剂一起,做成推进剂,用于飞机的喷气助飞火箭上。战后,开始了充分的研究工作,使用多种聚合材料,以开创新的能量更高的推进剂。现代固体推进剂枝术开始于50年代中期,那时,专为火箭工业而制备的粘合剂引起了高能推进剂体系的产生。本文叙述沥青粘合剂的使用,以及现代复合粘合剂的使用,这些粘合剂目前已广泛用于当代固体火箭发动机。     

宇航飞行器复合推进剂的发展

日本于1957年成功地发射了一枚小型探空火箭 K-3,这是日本第一枚复合固体推进剂火箭。从那时候以来,对复合固体推进剂进行了许多方面的研制。所研制的聚酯、聚硫、聚氨基甲酸酯以及聚丁二烯聚合物,均被广泛地作为探空火箭或卫星运载火箭的复合固体推进剂的粘合剂基体。日本研制的端羧基聚丁二烯(CTPB),在工艺性能、力学性能以及燃烧性能方面,均比其它聚合物好。这种聚合物(JSR·CTPB S-21)已经应用到日本典型的宇航飞行器中,例如 M-3 A、TT-500A、M-13等。另一方面 HTPB 最近作为一种新的优良的聚丁二烯粘合剂材料已引起人们极大的兴趣。它已用于目前正在研制的一些火箭发动机中。通过我们的共同努力,新的 HTPB 聚合物已经进入实用阶段。正在研制的高性能的远地点发动机(ABM)就使用这种 HTPB 推进剂。     

美国高能量密度材料研究

高能量密度材料（HEDM）是用作炸药、推进剂或火工品的高能量组分的合成物。这类材料广泛用于所有战略武器系统和战术武器系统，并在所有军种中装备使用。高能量密度材料除了大大提高弹药性能外，还将使弹药危险性低、不易损坏、更可靠和使用寿命更长。目前研究的主要目标是研究国防所需的低信号特征和对环境危险性低的新型推进剂。高能量密度材料在推进剂应用方面的目标与效益分别对：a．用于低目标特征的战略导弹推进其目标是：提高现有可观测发动机运载性能；实现无可见的或凝结尾迹的目标特征；使红外目标特征减至1／60。雷达横截面积…     

液体推进剂空间推进系统静态数学模型

针对采用液体推进剂火箭发动机的空间推进系统，推导了系统液路和气路的通用积分形式方程。对不同部件，根据其特点进行方程简化，给出了以压力为自变量表示流量的部件静态数学模型。这为开展空间推进系统的静态仿真研究奠定了基础。     

GAP高能低特征信号推进剂的研究

综述了四十二所GAP粘合剂和GAP高能低特征信号推进剂的研究及取得的进展、目前达到的技术水平。叠氮类推进剂可发展成高能、低特征信号和纯感推进剂，是今后战术发动机用固体推进剂的发展重点和方向。