HTPB推进剂用季铵盐高效降速剂研究

低燃速、高比冲端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂是先进固体火箭发动机发展的重要方向,针对HTPB推进剂用传统降速剂的降速效率不高,且容易造成推进剂能量损失等问题,设计合成了以NF₂SO₃^-、CF₃SO₃^-、BF₄^-、ClO₄^-为阴离子的含有长链烷基的新型季铵盐降速剂。对这些降速剂进行了SEM和DSC表征、燃速测试及量子化学计算,研究了它们抑制高氯酸铵(AP)分解和降低HTPB推进剂燃速的作用规律,探讨了高氯酸根季铵盐的降速机理。结果表明,这些季铵盐降速剂对AP的热分解均具有一定的抑制作用,与添加相同含量(1%)草酸铵的推进剂燃烧性能相比,它们的降速幅度提升均超过4.5%,降速效果最好的BPE-1524CD的降速幅度提升达到10.43%;在相同燃速条件下,添加BPE-1524CD降速剂的推进剂燃烧残渣比添加草酸铵的降低了50%,比冲提高了10～20 N·s/kg;三种高氯酸...     

适应高压燃烧的HTPB/AP/Al推进剂用钙盐降速剂研究

研究了碳酸钙(CaCO_3)和一种自制钙盐(CaOr)对HTPB/AP/Al推进剂燃烧性能和常温力学性能的影响,采用DSC-TG和SEM方法对比研究了CaOr、CaCO_3对AP热分解的影响,及含两种化合物的推进剂熄火表面形貌。结果表明,在3~17 MPa压强范围内,CaCO_3和CaOr均能有效降低HTPB/AP/Al推进剂的燃速和压强指数,CaOr比CaCO_3具有更好的燃速抑制效果,在高压段内的压强指数可降为0.17,达到平台推进剂水平。CaOr的加入使AP两个阶段的分解放热峰均向高温方向移动,CaCO_3对AP的低温分解峰没有影响,使AP的高温分解峰推迟。CaOr的降速效果优于CaCO_3的主要原因是其推迟了AP的低温分解峰,同时改变了AP的热分解历程,且在凝聚相中的分散性更好。     

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。     

低燃速高固体含量HTPB推进剂

对大型发动机用的低燃速高固体含量HTPB推进剂进行了研制。采用超支化SU-2助剂降低推进剂药浆粘度为提高配方固体含量的方式,优化SU-2助剂含量,研制出固体质量分数89%的推进剂配方。依据抑制AP分解的质子转移机理,分别用高氯酸烷基胺衍生物A1N、草酸铵T29降燃速剂,获取低燃速HTPB推进剂,针对试验得到的推进剂性能数据,分析了单项降燃速剂的推进剂燃烧性能存在不足,提出了选用价廉的高氯酸烷基胺衍生物A1N/草酸铵T29/细AP复配方法,既降低燃速又能降低压强指数。经装药试验验证,获得6.86 MPa燃速5.185 mm/s,3～11 MPa压强指数0.328,密度≥1.80 g/cm3,20℃最大拉伸强度σm≥1.0 MPa,-40℃最大伸长率εm≥61.0%;5 h使用期粘度为2625 Pa·s;综合性能优良的高固体含量低燃速HTPB推进剂。以提高推进剂固体含量增加密度,增大HTPB推进剂比冲的设计方法,可供低燃速HTPB推进剂的发动机借鉴。     

丙烯酸类聚合物对丁羟胶片补强／抑制AP热分解研究

针对丁羟推进剂高强度、低燃速的性能要求,设计合成了新型补强降速双效助剂。选用丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸丁酯、三乙胺为原料,合成了新型聚丙烯酸酯聚合物,并对其结构进行了表征,证明所合成的化合物为设计目标化合物。利用所合成的目标化合物,研究了助剂对推进剂基体力学性能和AP热分解性能的影响。结果表明,该助剂可明显提高推进剂基体交联密度,从而达到提高推进剂基体力学性能的目的,助剂的加入可使AP的高温分解峰达到380℃,明显抑制AP热分解,可产生降低推进剂燃速的效果。     

HTPB推进剂中石墨烯包覆铝粉的燃烧和团聚行为

采用热分析法、静态燃速测试、标准发动机燃速测试、爆热测试、高速摄像等手段,对比研究了石墨烯包覆铝粉取代相同规格铝粉后HTPB推进剂的热分解特性、燃烧特性及燃烧过程。结果表明,石墨烯包覆铝粉加入后使AP低、高温分解峰分别推迟7℃和22℃,抑制了AP分解,导致推进剂燃速有所降低。石墨烯包覆铝粉对丁羟推进剂团聚的影响具有两面性,一方面推进剂在石墨烯的导热作用下,石墨烯包覆铝粉燃烧更加充分,从而改善了这部分Al-G复合物的团聚。另一方面铝颗粒的燃面滞留时间延长和熔化程度增加,燃烧产生大粒径团聚物,从而导致石墨烯对改善丁羟推进剂铝粉燃烧效率不明显。     

纳米NdCoO3对小球粘接高燃速推进剂燃烧性能的影响

采用盐助溶液燃烧法制备了平均粒径为10 nm、分散性良好的钙钛矿型纳米NdCoO3。用DSC考察了不同质量分数的纳米NdCoO3对AP和双基粘接剂热分解的影响,研究了纳米NdCoO3对小球粘接高燃速推进剂燃烧的催化作用。结果表明,随纳米NdCoO3催化剂质量分数的增加,催化效率先增大后减小,在质量分数为3%时催化效率最佳,此时AP高温分解峰温大幅降低,双基粘接剂的分解峰温也得到降低,二者的表观分解热增大。同时,对应的小球粘接高燃速推进剂燃速较高,压强指数较低。     

纳米Ni／CNTs对AP／HTPB推进剂热分解及燃烧性能的影响

采用化学液相沉淀法制备了纳米Ni/CNTs复合催化剂,用SEM、XRD、XPS对纳米Ni/CNTs的形貌、微观结构、组成进行了表征,采用DSC研究了其对AP和AP/HTPB推进剂热分解的催化性能,并考察了纳米Ni/CNTs对AP/HTPB推进剂燃速和压强指数的影响.结果表明,纳米Ni能够均匀包覆在CNTs表面,纳米Ni/CNTs可显著降低AP及AP/HTPB推进剂的热分解峰峰温,使AP及AP/HTPB的总表观分解热明显增大,并能有效提高AP/HTPB推进剂的燃速和降低其压强指数.相同量的纳米Ni/CNTs、纳米Ni和纯CNTs进行对比,纳米Ni/CNTs具有更好的催化性能,表现出较好的正协同催化效应.     

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。     

二茂铁功能化SBA-15的制备及其对AP／HTPB固体复合推进剂燃烧催化作用研究

二茂铁(Fc)及其衍生物是AP/HTPB固体复合推进剂的有效燃速催化剂,但在推进剂中的迁移始终是其应用的最大障碍。将二茂铁通过缩合反应接枝到介孔材料SBA-15的表面,制备了一种低迁移催化剂Fc-SBA-15。X射线衍射和N2吸附-脱附实验表明,Fc均匀致密地固定在了SBA-15的内外表面,Fc的负载没有对SBA-15的介孔结构造成破坏。改进的迁移性实验表明,制备的Fc-SBA-15复合材料是一种低迁移的催化剂。Fc-SBA-15对AP的热分解与AP/HTPB推进剂的燃烧具有较好的催化效果,添加2%的Fc-SBA-15使AP的高温热分解峰温度降低64℃,使AP/HTPB固体复合推进剂的燃速提高43%,压强指数下降30%。     

PEPA/AP膏体推进剂配方研究

开展了PEPA／AP型膏体推进剂配方研究。结果表明，PEPA／AP膏体推进剂的流变行为遵循Ostwalld幂定律，通过增稠剂种类和含量的改变可有效调节膏体推进剂的流变参数，增调剂NJ－4可使膏体推进剂具有良好的稳定性并保持稳定的流动性。燃烧调节剂FC－1能有效改善配方的点火和燃烧性能，拓宽了燃速范围（6．86MPa下，燃速15mm/s指高到15mm/s以上），显著降低了燃速压强指数（2．94－8．83MPa下，压强指数由0．71降至0．4）。     

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。     

新型高燃速推进剂在固体发动机内燃烧特性研究

新型高燃速推进剂是一种采用小球粘结、无溶剂挤成型的复合改性双基推进剂,20℃、6.86MPa下用靶线法实测静态燃速为46.25mm/s。为研究这种新型高燃速推进剂在发动机内的燃烧特性,在不同燃通比和燃喉面积比的装药条件下,进行了发动机试验,获得了相应的压强-时间曲线。分析结果表明,该推进剂在火箭发动机内不同压强下可出现3种完全不同的燃烧类型,即类似于双基推进剂的平行层燃烧、类似于超高燃速推进剂的对流燃烧和有限对流燃烧,并给出了3种燃烧类型的判断条件。     

含SrCO3低燃速HTPB推进剂燃烧压强温度敏感特性研究

针对含SrCO3低燃速HTPB推进剂的燃烧特性，进行了不同压强或初温条件下的燃速测量、近距单幅摄影及CCD图像采集、SEM-能谱分析、TG—DTG分析等实验研究。结果表明：SrCO3的使用可显著降低推进剂的燃速压强指数和温度敏感系数；压强因素比初温条件对燃烧火焰形貌的影响大；高、常温熄火表面元素皆发生聚集，但在不同温度下熄火，元素的含量及各元素重叠的相对位置发生改变；添加SrCO3会让AP的分解峰向高温方向移动，抑制AP的分解并降低燃速，导致AP的两分解峰之间失重速率与热释放量增加，使凝相燃烧表面温度升高，燃速温度系数降低。     

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。     

固体组分含量对GAP/CL-20推进剂燃烧性能的影响

利用水下声发射法测试静态燃速、线性回归法计算燃速压强指数,研究了GAP/CL-20高能固体推进剂中的固含量,固体组分AP/CL-20、CL-20/Al、Al/AP相对含量等配方组成因素对其燃烧性能的影响。结果表明,固含量在一定范围内升高,使燃速和燃速压强指数均升高;AP/CL-20中AP、CL-20/Al中CL-20含量的增加,均使燃速升高,而燃速压强指数下降;Al/AP中Al含量的增加,使推进剂的燃速下降,而燃速压强指数升高。最后,对GAP/CL-20高能固体推进剂燃速的主导机制进行了简单分析。     

复合催化剂对PET型燃气发生剂燃烧性能的影响

通过催化剂的筛选及燃烧性能试验,得到了一种较好的复合催化剂GP/ZC。试验结果表明,复合催化剂GP/ZC既能一定程度上提高PET型燃气发生剂燃速(9 MPa下燃速最高达7.4 mm/s),又能大幅度降低PET型燃气发生剂压强指数(压强指数最低降到0.19)。     

NEPE推进剂主要组分催化分解的研究

应用原位红外光谱仪研究了NEPE推进剂主要组分HMX、AP、NG及聚醚胶在升温至爆燃过程中,凝聚相红外光谱的变化。并研究了对NEPE推进剂提高燃速明显的YB2-450和降低压强指数效果较好的B2Pb两种催化剂对上述分解过程红外谱图的影响。发现B2Pb主要催化了HMX的分解,YB2-450主要催化了NG的分解,YB2-450还可在高温下加速AP的分解。这些结果为解释NEPE推进剂的燃烧特性提供了一定的试验依据。     

HTPE推进剂慢速烤燃及其热分解特性

利用差示扫描量热(DSC)、热重(TG)和慢速烤燃试验,对比HTPB推进剂热分解和慢速烤燃结果,分析了HTPE推进剂的热分解特性与慢速烤燃行为的关系。结果表明,HTPE推进剂比HTPB推进剂更容易发生热分解反应,且慢烤响应时间比HTPB推进剂提前40 min,响应温度降低44℃;缓和剂BABE能使推进剂在低于AP发生分解反应(169℃)前发生分解反应,避免了AP热分解形成的气孔的影响,可大幅度减缓推进剂慢烤的响应程度。HTPE推进剂能通过慢速烤燃响应结果为燃烧,通过慢烤试验。     

叠氮粘合剂推进剂热分解及燃烧性能研究综述

综述了叠氮类粘合剂ＧＡＰ，ＢＡＭＯ和ＡＭＭＯ的热分解及共推进剂的燃烧性能，认为叠氮类推进剂中－Ｎ３基受热易分解，因而基础燃速高，燃速温度敏感性大；在配方中引入有效的添加剂，可提高该类推进剂的燃速，降低其压强度指数。