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。     

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     

固体推进剂氧化剂的共晶改性研究进展

高能量密度的六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)、氧平衡优异的高氯酸铵(AP)和二硝酰胺铵(ADN)等,用作氧化剂可提高固体推进剂能量、氧平衡等性能,具有良好的应用潜力。由于CL-20存在机械感度高和低氧平衡等问题,AP和ADN存在易吸湿和低能量等缺点,针对CL-20、AP、ADN等氧化剂进行共晶改性成为提升固体推进剂能量、安全等性能的重要途径。根据固体推进剂对氧化剂的性能要求,分析了各种氧化剂应用在推进剂配方中存在的性能优势和不足。综述了近年来CL-20、ADN等氧化剂在机械感度、吸湿性、氧平衡等方面的共晶改性情况,总结了当前已报道的共晶氧化剂相比原材料出现的性能优缺点和在制备与应用过程中存在的问题,展望了未来固体推进剂用氧化剂共晶改性的发展方向与应用前景。     

固体推进剂高能氧化剂的合成研究进展

从提高固体推进剂比冲的技术途径出发,将高能氧化剂按元素组成、结构及性能特征分为四大类,对每类氧化剂的合成进展进行了简要综述。指出了适应固体推进剂的高能氧化剂设计时需要综合考量氧含量、质量生成焓、燃气平均分子量及密度,且晶体质量、稳定性、感度、相容性等需要满足推进剂配方的要求。固体推进剂AP替代物的研制需要开发具有高密度含氧(原子)源且质量生成焓远大于AP的氧化剂;有机高能氧化剂作为固体推进剂的辅助氧化剂,追求零氧平衡基础上的高质量生成焓、高氢含量基础上的高质量生成焓。组成和结构与部分性质(如热稳定性、相容性、感度等)要求是矛盾的,设计和筛选中应作一定的权衡。加快氧化剂的研发效率,建立高能氧化剂数据库及高通量的筛选程序、提高性能(生成焓、感度)预测的准确性等迫在眉睫。     

组分对CMDB推进剂抗过载性能的影响

应用于炮射导弹的发动机推进剂药柱在其发射期间承受几千甚至上万g的高过载,对推进剂的抗高过载性能提出了要求。根据3种配方CMDB推进剂20℃下的宽应变率单轴压缩实验,分析了固体填料含量对CMDB推进剂屈服应力的影响,并建立了3种配方CMDB推进剂Prony本构模型;通过有限元仿真软件建立了某一管型药柱的高过载模型并进行数值计算,对比了3种CMDB推进剂在高过载下力学响应的差异和抗过载性能的优劣。结果表明,3种推进剂配方在同一载荷工况下具有相同的最大应力,同一应变率下屈服应力大的推进剂配方抗过载性能更好;对于20℃的应用温度,CMDB推进剂最大抗过载幅值随固体填料增加呈现先增加、后减小的趋势,CMDB推进剂配方存在一个最佳固体填料含量,使得抗过载性能最好。     

固体火箭推进剂——西欧发展情况

详细介绍西欧各国研制固体火箭推进剂的情况及其进展.对双基推进剂,包括浇注双基推进剂、压伸双基推进剂、复合改性浇注双基推进剂和复合推进剂,以及一些粘合剂的特性和发展分别作了叙述.探讨在固体推进剂中加入硼粉后性能的改进以及所带来的问题.今后固体推进剂发展的重点将是:提高总固体含量,进一步提高燃速,改进药柱的力学性能,降低温度敏感系数,以及降低推进剂成本.     

热塑性聚氨酯复合固体推进剂

采用与硝化甘油(NG)具有良好相溶性的热塑性聚氨酯弹性体(TPUE)为粘合剂制备了热塑性复合固体推进剂。对热塑性复合固体推进剂的能量性能、力学性能、燃烧性能进行了研究分析。结果表明制备的热塑性复合固体推进剂具有高的理论比冲,可高于265s,具有优良燃烧性能及良好力学性能。     

固体推进剂的最新进展—NEPE推进剂

什么是NEPE推进剂NEPE是硝酸酯增塑聚醚的英文缩写,全称是Nitrate Ester Plasti cized Polyether。NEPE推进剂是美国为满足MX洲际导弹的需要,赫克力斯公司于70年代末研制成功,80年代初开始使用的一种新型固体推进剂。对于MX导弹的高能量、高性能的要求,目前的复合固体推进剂和改性双基推进剂都不能满足。但复合固体和改性双基各有所长,突破两者的界限,充分发挥双基中硝酸酯增塑剂的能量高、复合固体中高分子主链低温力学性能好的优点,再加入高性炸药HMX,就组成了NEPE推进剂。它不仅能量高、低温性能好、不脆变,而且其它性能也满足要求。除在MX第     

固体碳氢推进剂在涡轮增压固冲发动机中的应用

提出了固体碳氢推进剂作为涡轮增压固冲发动机(TSPR)驱涡推进剂的方案,分析了适用于TSPR推进剂的热力参数和一次燃烧产物成分,完成了驱涡推进剂的选择;进行了备选推进剂(CH04)对TSPR性能的影响性评估,证明该推进剂能够满足TSPR的性能要求;对所选推进剂了进行了一、二次燃烧试验,试验结果表明,CH04推进剂在补燃室点火较困难,但其一次、二次燃烧稳定性好,燃气参数基本满足TSPR对推进剂性能要求。     

丁羟推进剂的应用与性能研究评述

本文综述了丁羟推进剂的发展与性能研究,对改善界面粘附以提高丁羟推进剂的力学性能,延长丁羟推进剂的适用期、降低丁羟推进剂的压力指数,以及高固体含量丁羟推进剂的工艺控制与性能重现性等技术问题进行了扼要的评述。     

战术导弹动力装置与固体推进剂

本文论述了战术导弹动力装置的特点及采用固体推进剂的动力装置在战术导弹中的地位;分析了国外战术导弹所用固体推进剂的研制与发展特点;并根据未来战术导弹对动力装置的要求,预测了战术导弹应用的固体推进剂的发展.过去提出的比冲、比重、力学性能、玻璃化温度、压力指数、燃速温度敏感系数等所谓八大指标,已不能完全适应未来发展的需要,还要求更多的性能如燃烧特性、老化特性、或某神单项突出的特性如无烟、承受较大冲击过载等,以满足多种动力装置发展的需要.进一步改善推进剂的使用性、适应性、品种配套、降低成本都将是固体推进剂发展的重要课题,“混用”或组合将成为显著改善推进剂性能的重要途径.     

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。     

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。     

叠氮复合固体推进剂技术研究

分析了航天器和导弹武器系统对固体推进剂提出的新的要求和实现这些要求的技术途径。介绍了国外研制低特征信号叠氮固体推进剂的主要原材料叠氮粘合剂、含能增塑剂、高能高密度氧化剂的发展概况和关键技术。分析认为，由以上材料组成的叠氮复合固体推进剂具有含能量高、密度大、发动机排气羽烟对微波、激光和可见光的透过率高等特征，因此这是一种很有前途的新型推进剂。     

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。     

复合固体推进剂浇入发动机时的流变学

浇铸时未固化的复合固体推进剂的流动特性是十分重要的,因为它直接关系到发动机装药的完整性。增加推进剂的固体含量,可以提高能量特性,却导致药浆的流动性变坏。固体含量高的推进剂呈现非牛顿假塑性流动特性,即表观粘度依赖于剪切应力,以及随着未固化推进剂存放时间的增长,假塑性也增加。本文介绍了在 NASA 主办下进行浇铸研究的一些情况。对浇铸过程中剪切应力的三个明显不同区域和每一区域中推进剂的流动特性,进行了讨论。叙述了推进剂组分和工艺条件的变化对表观粘度的影响和浇铸过程中形成药柱缺陷的有关流变性能的实验结果。     

惯性顶级固体进推剂的研制与鉴定

本文介绍了惯性顶级(IUS)固体火箭发动机用的丁羟推进剂及推进剂/包复层/绝热层界而系统的研制情况及生产历程;介绍了根据发动机设计要求选择推进剂配方的情况和推进剂的主要性能;还介绍了研制期间对配方和工艺的某些小的修改及修改原因。本文亦讨论了推进剂/包复层/绝热层的界面系统,包括包复层化学的主要特性和控制迁移现象以提高粘结系统的完整性的方法。     

惰性热塑性弹性体在复合固体推进剂中的应用研究进展

概述了热塑性弹性体的概念和种类,指出了热塑性推进剂的特点,分析了复合固体推进剂用热塑性弹性体的特点,综述了商品化惰性热塑性弹性体在复合固体推进剂中的应用进展情况,重点介绍了合成热塑性聚氨酯(聚醚型、聚酯型及醚/酯共聚型)性能特点及其在复合固体推进剂中的应用情况,针对复合固体推进剂用惰性热塑性弹性体研究中存在的困难,提出了可能的解决方法,认为以合成热塑性聚氨酯作为粘合剂会是热塑性推进剂的一个发展方向。     

《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     

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。