采用化学物质对无定形硼粉表面改性研究

为了减少无定形硼粉表面的B2O3、H3BO3等杂质,分别以甘露醇、TP、TA和NaOH溶液为原料,对无定形硼粉进行了表面改性研究,并对其性能进行了测试表征。结果表明,硼粉经不同化学物质的表面改性后,硼粉表面的B元素含量提高;B/H2O悬浊液的pH值增大;随着B/HTPB悬浮液混合时间的增加,B-1/HTPB悬浮液的表观粘度和屈服值增加较快,B-3和B-4与HTPB混合的悬浮液粘度增加缓慢,而B-2/HTPB悬浮液在剪切速率大于1.0 s-1后几乎不变,且表面改性硼粉的粒度分布均匀,粒径基本在d50=4.653μm左右。     

两种十氢十硼酸金属盐的表面特性及在富燃料推进剂中的应用

基于硼氢盐化合物具有高燃速、高燃烧热值等优点,探索了两种十氢十硼酸金属盐化合物(BHM)在富燃料推进剂中应用前景。采用DCAT 21型动态接触角/表面张力仪测量了BHM、AP、Mg、团聚硼、HTPB的接触角,计算了固体组分与HTPB之间的粘合功W和铺展系数S,结果显示几种固体组分与HTPB粘合剂相互作用大小次序为AP/HTPBBH-2/HTPB团聚硼/HTPBMg/HTPBBH-1/HTPB,且SHTPB/BH-1较小,因为BH-1不能充分浸润于HTPB粘合剂,界面间产生排斥作用,导致含硼氢盐BH-1推进剂内部出现裂纹。还研究了含硼氢盐BH-2富燃料推进剂的流变性能、能量性能和燃烧性能。结果表明,用硼氢盐BH-2替代团聚硼粉,能降低推进剂药浆的表观粘度和屈服值,提高推进剂实测热值,其中,BH-2含量30%的B-2配方,推进剂药浆的屈服值为44.5 Pa,表观粘度为188 Pa·s,燃烧效率达到了93.2%。发现硼氢盐使推进剂燃速降低,且产生大量的燃烧残渣,这与燃烧产物中凝聚相碳(C)的大幅增加有关。依据硼氢盐分解和燃烧特点,认为其适应于燃料冲压发动机。     

高纯硼粉的特性及其在富燃料推进剂中的应用研究

通过SEM、XRD、pH计、X射线荧光光谱仪和HAAKE流变仪等研究了高纯硼粉的物化特性,并重点研究了其用于富燃料推进剂的燃烧性能.结果表明,高纯硼粉中大部分颗粒不规则,但在微观上呈晶体结构.由于高纯硼粉表面B2O3、H3BO3杂质非常少,硼粉与水悬浊液的pH值接近中性,硼粉在HTPB粘合剂中的屈服值和表观粘度较小,且随混合时间增加,屈服值和表观粘度保持不变.通过290～407 ℃范围内高纯硼粉富燃料推进剂热分解过程的质量损失可定性认为,高纯硼粉参与凝聚相反应的活性高于无定形硼粉.燃烧性能研究表明,含高纯硼粉的富燃料推进剂低压下正常燃烧,燃烧特性与无定形硼粉相同,实测燃烧热和燃烧效率较高.     

改性双基推进剂剪切压延过程的数值模拟

剪切压延机在改性双基推进剂加工过程中的应用,解决了传统工艺生产间断,生产效率低,产品成品率低以及产品质量差的弊端,可以实现自动化、连续化生产,并且大大提高了混合效率和塑化性能。将计算流体动力学方法(CFD)方法引入到对改性双基推进剂剪切压延过程的研究中,使用Pro/Engineer软件建立剪切压延机的几何模型,使用Hyper Mesh软件对几何模型进行有限元网格划分,使用POLYFLOW软件建立该过程的数值模型并进行模拟计算,分析该过程的速度、压力、剪切速率、粘性生热、温度、混合指数等参数的分布规律,为实际设备和工艺的选择优化提供参考。根据数值模拟计算结果分析:改性双基推进剂药料在剪切压延机的辊隙区域受到两个辊筒旋转产生的较大的剪切挤压作用,该区域的压力、剪切速率、粘性热、混合指数明显高于其他区域;药料的最大混合指数可达0.88左右;药料的速度分布和剪切速率分布的均匀性较好,有利于提高产品成型质量,忽略进出口效应后,平均速度在0.376 m/s附近波动,最大剪切速率在25～30 s-1范围内波动;药料在一定温度和压力下完成塑化过程,剪切压延过程中温度和压力的变化较平稳,没有出现突变,工艺的安全性较高。     

Thermomechanical analysis of boron particle combustion in oxidizing atmospheres

根据吉布斯能最小原理,利用FactSage计算了B/O体系和B/C/ H/O体系的热平衡,研究了温度、压强和物质摩尔比对平衡的影响.计算结果表明,B/O体系下,当B/O摩尔比为2:3时,随温度逐渐升高,主要的气相含硼燃烧产物由B2O3(g)转变为BO(g)和BO2(g);提高环境压强,有助于增大硼燃烧的热量释放;当温度为2400K恒定的情况下,贫燃料时的主要产物为B2O3(g)和BO2 (g),富燃料时的主要产物为B2O3(g)、BO(g)和B2O2(g).在B/C/H/O体系中,把B/C/H/O摩尔比定为2:1:2:6,在温度相对较低时,B/C/H/O体系燃烧的主要产物为HBO2 (g)、CO2 (g)、H2O(g)和B2O3 (g),此时燃料的热释放比较完全.随温度升高,之前的燃烧产物被CO(g)、BO(g)等低热释放的物质代替,说明外界温度太高不利于燃料燃烧的热量释放;同样,提高环境压强,有助于增大系统的热量释放;当温度为2400K恒定的情况下,贫燃料时的主要产物为HBO2 (g)、B2O3(g)和BO2 (g),富燃料时的主要产物为B2O3(g)、B2O2(g)、BO(g)和HBO(g).     

硼在氧化性气氛中燃烧的热力学分析

根据吉布斯能最小原理,利用FactSage计算了B/O体系和B/C/H/O体系的热平衡,研究了温度、压强和物质摩尔比对平衡的影响。计算结果表明,B/O体系下,当B/O摩尔比为2∶3时,随温度逐渐升高,主要的气相含硼燃烧产物由B2O3(g)转变为BO(g)和BO2(g);提高环境压强,有助于增大硼燃烧的热量释放;当温度为2 400 K恒定的情况下,贫燃料时的主要产物为B2O3(g)和BO2(g),富燃料时的主要产物为B2O3(g)、BO(g)和B2O2(g)。在B/C/H/O体系中,把B/C/H/O摩尔比定为2∶1∶2∶6,在温度相对较低时,B/C/H/O体系燃烧的主要产物为HBO2(g)、CO2(g)、H2O(g)和B2O3(g),此时燃料的热释放比较完全。随温度升高,之前的燃烧产物被CO(g)、BO(g)等低热释放的物质代替,说明外界温度太高不利于燃料燃烧的热量释放;同样,提高环境压强,有助于增大系统的热量释放;当温度为2 400 K恒定的情况下,贫燃料时的主要产物为HBO2(g)、B2O3(g)和BO2(g),富燃料时的主要产物为B2O3(g)、B2O2(g)、BO(g)和HBO(g)。