NEPE型推进剂述评

一、前言随着战略及战术武器的发展,对固体推进剂的要求越来越高,不仅要求能量高(大于250秒)、力学性能好,而且使用温度范围要宽、安全贮存性能要好。要满足以上要求,单纯地在复合推进剂和改性双基推进剂的原有基础上改进是比较困难的。目前固体推进剂发展的主要趋势是:发挥复合推进剂和改性双基推进剂各自的优点,突破这两类推进剂的界限而发展成为高能交联推进剂。从美国 K.Klager 提出的固体推进剂发展历程(表1)中可以清楚地看到这种趋势。     

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。     

2000年前固体推进剂的发展趋势

固体推进剂的发展趋势与战术和战略导弹的发展有密切关系。战略导弹对推进剂的要求就战略导弹而言,研究推进剂的比冲和密度比冲是十分必要的,这项研究工作应与降低结构系数的其它技术(如采用高强度比的纤维缠绕壳体和先进的喷管和防热层材料)和核弹头的小型化研究相配合。装药比冲提高以后,可以针对不同任务,进行灵活的设计和使用。例如:     

固体推进剂用的含能增塑剂性能介绍

国外固体推进剂在近20年来有了很大发展,在推进剂的品种和性能上都有了不少改进和提高.随着战略及战术武器性能的提高,对固体推进剂的要求越来越高.不仅要求能量高(>250秒),力学性能好(尤其在低温).而且还要使用温度范围宽,安全     

“新型含能材料研讨会文集”简介

国防科工委固体推进剂专业组于1992年8月在烟台市召开了“新型含能材料学术研讨会”,与会专家们就新型叠氮增型剂,叠氮粘合剂和高能量密度材料(HEDM)进行了充分研讨. 会上发表论文十五篇,内容涉及叠氮含能材料的合成、表征及在固体推进剂中的应用;高能量密度材料(HEDM)的国外研究状况、合成探索研究、理论计算等方面.在此基础上,会议就以上诸方面     

“固体推进剂用功能材料及其应用”专栏导语

<正>固体推进剂用功能材料是固体发动机的动力基础,主要包括氧化剂、燃料、粘合剂和一系列功能助剂,如增塑剂、键合剂、固化剂、固化催化剂、燃速催化剂、降速剂、压强指数调节剂、交联剂、安定剂、防老剂、工艺助剂等。这些功能材料对固体推进剂的整体性能起着极其关键的作用,如果把用量较多的氧化剂、燃料和粘合剂称为决定固体推进剂能量高低的“主材”,那么功能助剂就是对固体推进剂工艺性能、力学性能、燃烧性能、老化性能等具有“四两拨千斤”作用的“小材”。     

AP级配及含量对HTPB固体推进剂界面约束作用影响机理研究

复合固体推进剂是一种含能非均质颗粒填充材料,其基体聚合物分子通过物理缠结及氢键作用吸附于填料表面,产生基体-填料界面相互作用,这种相互作用使基体聚合物交联网络分子的运动受到限制。以高氯酸铵(AP)级配及含量不同的端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂为研究对象,通过动态力学试验、溶胀试验、单向拉伸试验、循环拉伸试验,探究了AP级配及含量变化引起的HTPB固体推进剂界面约束作用差异,并探究其对推进剂结构及性能的多维度影响。结果表明：随着细粒度AP含量及AP总含量的提高,约束区域占比增加,基体交联网络分子受限作用增强,HTPB固体推进剂界面相互作用提高,单向拉伸状态下的推进剂强度、模量提高,伸长率下降;循环载荷作用下,约束作用则提高了能量耗散过程,加剧HTPB固体推进剂疲劳损伤进程。     

复合固体推进剂的研究动向(文献综述)

国外固体推进剂的进展,符合典型的长S型(即(?)型)曲线,1955～1975年期间,它的进展相当迅速,近年来,MX导弹的研制、航天飞机大型助推器的应用,以及高性能战术和宇航发动机的发展,标志着固体发动机继续取得成就,然而其进展速度已减缓,它的某些参量正接近长S型曲线的顶端。下面,就复合固体推进剂的主要研究动向分四个部分进行简单地叙述。     

阿里安5的推进系统

阿里安5的推进系统由三个部分组成,即固体推进剂发动机、低温主级的火神发动机和可贮推进剂级的沃坦(Wotan)发动机。 一、固体推进剂发动机 固体推进剂发动机是两个固体加速级(即助推器)的主要部件。这种发动机长26米,直径3米,重约260吨,其中230吨为推进剂。     

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。     

HTPB聚合物特性对推进剂性能的影响

引言端羟基聚丁二烯(HTPB)聚合物作为固体火箭推进剂的优良粘合剂材料已引起人们很大关注。Law[1];Oberth[2]、Layton[3]及其他学者对 HTPB 聚合物特性和 HTPB 推进剂的物理化学性质进行了广泛的研究。但是,有关 HTPB 聚合物特性对推进剂性能的影响方面的报导很少。特别是复合固体     

数值计算技术在固体推进剂研制生产中的应用

综述了国内外数值计算技术在固体推进剂研制生产中的应用。内容涉及固体推进剂计算机辅助配方设计、固体推进剂性能预示、含能材料分子设计、化学合成软件和固体推进剂计算机辅助制造。     

《固体推进剂用新型含能物质的制备与应用》

正《固体推进剂用新型含能物质的制备与应用》是面向固体推进剂配方设计人员和相关含能物质制备人员编撰的一部新著。针对该主题技术前沿,编著者进行了系统全面、严谨的阐述,值得推荐给本刊读者。这样一个主题,前沿性和专业性很强,对选题和著者要求很高。一方面,近年来出版的关于固体推进剂的书籍,主要从固体推进剂的组成、性能、制造工艺等方面总结固体推进剂的研究进展;而含能材料方面的书籍,则主要论述含能材料的制备、性能表征、加工工艺等,因此在该书出版之前尚未发现关于固体推进剂用含能物质制备和应用的书籍,该书的出版填补了这一空白,是对该主题的前沿论述,体现了编者的睿智和科学预见性。另一方面,该书作为国家出版基金项目     

含CL-20固体推进剂研究现状

综述了含CL-20(六硝基六氮杂异伍兹烷)固体推进剂,包括改性双基推进剂、高能低特征信号推进剂、NEPE推进剂以及其他类型固体推进剂的研究现状;主要涉及引入CL-20后固体推进剂的热分解特性、能量特性、燃烧性能、力学性能及安全性能等方面的内容;最后,总结了目前CL-20及含CL-20固体推进剂在实际的工程化应用过程中依然存在的一些尚未解决的难题,并指出了CL-20及含CL-20固体推进剂今后的研究方向及重点。     

复合固体推进剂损伤演化的声发射检测

导出了复合固体推进剂材料声发射(AE)累积能量与裂纹扩展间的线性关系,建立了基于声发射累积能量的损伤演化模型.单轴拉伸声发射实验结果验证了该演化模型的正确性,可用于复合固体推进剂材料损伤的研究.     

含氟有机物对含铝固体推进剂燃烧特性的影响

为抑制高铝含量固体推进剂燃烧产物的团聚,研究铝含量为18%、含有机氟化物(OF)的固体推进剂不同燃烧区域中铝粒子燃烧的特性。利用高速摄影系统研究熔铝粒子在推进剂燃面的团聚过程;通过对推进剂燃烧火焰特定位置的低温淬熄,获得终止燃烧的含铝固体粒子,并进行形貌和成分分析;使用动态粒径测试系统、激光粒度仪分别对推进剂燃烧火焰区及最终固体燃烧产物的粒子尺寸进行了表征。结果表明,有机氟化物产生的气态氟化烃可抑制熔铝粒子在燃烧表面的团聚,可使推进剂火焰中燃铝粒子的尺寸降低约50%,固体燃烧产物中大尺寸(D≥10μm)颗粒的体积分数下降约74.2%。燃烧性能测试结果表明,有机氟化物使推进剂的爆热及理论火焰温度分别下降9.5%和8.8%,燃速也发生了降低。     

电控固体推进剂点火技术研究

采用一种层状电极式点火装置,分别研究了电极材料、电极形状和电极极性对电控固体推进剂点火过程的影响。试验结果表明,电极材料、推进剂端面电流密度和电极极性是影响电控固体推进剂点火过程的重要因素,当推进剂两端面电流密度相同时,采用不同材料的电极优先点火顺序依次为钛、铝、石墨、铜。当两端电极材料相同时,ESP始终在电流密度较大的一端点火,且电流密度越大,点火效果越好,临界点火电压越低;当两电极与药柱端面的接触面积比为1∶1和0.64∶1时,ESP优先在正极端点火;但当两电极与药柱端面的接触面积比为0.16∶1时,ESP在电流密度较大的一端点火。电控固体推进剂能通过电压控制实现多次点火、熄火循环。     

基于遗传神经网络的高能固体推进剂高压燃烧性能计算

建立并利用遗传(GA-BP)神经网络对NEPE类高能固体推进剂高压燃烧性能进行了模拟计算。针对计算需求,对NEPE类高能固体推进剂配方进行了全新表征,提出了13个表征参数。燃速预示结果表明,该方法计算误差小于10%,精度较高,能指导高能固体推进剂高压燃烧性能研究及配方设计;同时,也说明该表征方法能反映出此类配方的本质特征。该研究为高能固体推进剂燃速预估提供了新方法。     

环境温度引起固体推进剂发动机破坏的概率

固体推进剂发动机常常存放在环境没有防护的场所,因此,发动机会受到可变热应力的作用,材料会因老化和疲劳而降解。可以把温度变化模拟作窄频带随机过程;发动机内的热应力也表现出类似的特征。因为材料性质是按统计规律分布的,所以,热应力超过推进剂强度的概率是与发动机破坏的概率相同的。固体推进剂发动机可以简化作薄壁壳体中的长中空弹性圆柱体(平面应变)来加以分析。首先根据作为时间函数的应力—强度干涉型分析确定发动机日破坏概率,然后,将日破坏概率求和,得出使用期结束时的破坏概率。而后的分析中,除热因素以外,还将引入粘弹性、老化和载荷等因素。     

复合固体推进剂增材制造技术研究进展

将具有颠覆性的增材制造技术(3D打印技术)应用于复合固体推进剂领域,相比于传统设计和生产工艺,增材制造技术不受装药芯模限制,可设计生产出药型结构复杂、推力可变的药柱,能够大幅缩短工艺周期,提高生产效率和安全性,并有望实现一体化打印成型。综述了国内外增材制造用复合固体推进剂配方设计及药柱性能、增材制造工艺、增材制造系统方面的研究进展。由于复合固体推进剂药浆的粘性和含能特点,目前大部分研究聚焦在材料挤出成型工艺改进及其相应的复合固体推进剂配方调试、打印药柱的性能提升方面。亟需解决大型复杂药柱配方设计、固化时间长、药柱易变形等一系列问题,以实现复合固体推进剂增材制造工程化应用。