MgH_(2)对含能材料点火燃烧性能影响的实验研究

为了研究MgH_(2)对典型含能材料点火燃烧性能的影响规律,采用激光点火和高速摄影可视化技术对MgH_(2)与RDX等5种含能材料的混合物进行了点火延迟时间和火焰传播速度的测试与计算。结果表明,MgH_(2)的质量分数为50%和11.1%时对于提高RDX点火燃烧性能的效果最佳;质量分数11.1%的MgH_(2)最有利于HMX点火燃烧性能的改善;对于CL-20,添加质量分数20%~33.3%的MgH_(2)可显著提升其火焰传播速度,但是当MgH_(2)的质量分数为50%和11.1%时混合物的点火延迟时间更短;FOX-7和ADN与MgH_(2)混合物的点火延迟时间均小于含能组分和MgH_(2)各自的点火延迟时间,即此类含能材料与MgH_(2)的点火过程具有相互促进的作用;综合考虑FOX-7点火性能和火焰燃烧性能的提升,添加质量分数11.1%的MgH_(2)最为有利;MgH_(2)对ADN点火燃烧性能的提升与MgH_(2)的添加量成正比。MgH_(2)促进含能材料点火燃烧性能提升的原因在于MgH_(2)的分解产物促进了含能材料相态转变,最终促进了点火燃烧性能的提升。

褐煤煤尘爆炸火焰传播特性及燃烧热分解机理研究

煤尘爆炸是矿井安全开采的主要危险源之一。以褐煤煤尘为研究对象,探究煤尘粒径对煤尘火焰传播过程的影响。用高速摄影装置记录火焰的传播过程,进而分析不同粒径下煤尘爆炸火焰传播的高度和速度。为进一步分析煤尘燃烧过程中的化学反应机理,借助反应分子动力学方法对煤分子燃烧中的初始热分解过程进行了模拟。研究结果表明:爆炸火焰传播高度呈先增加、后稳定的趋势,传播速度呈先增大、后减小的趋势;随着煤尘粒径的减小,火焰传播高度和传播速度均呈增大的趋势;当煤尘粒径为10.5μm时,火焰传播高度和传播速度的峰值分别为623 mm和4.3 m/s;煤尘热分解主要产物为H_(2)、H_(2)O、CO_(2)和CH_(2)O,这些产物进一步与氧气的结合会促进煤尘燃烧和火焰传播过程,使得整个体系燃速加快。为煤尘热分解和燃烧提供了较为充分的数据基础。

固体推进剂含能燃烧催化剂研究现状与发展趋势

以含能基团为区分,综述了固体推进剂含能燃烧催化剂近年来的研究现状,总结了唑类、吖嗪类、二茂铁类、蒽醌类、石墨烯类及硝基类含能燃烧催化剂对固体推进剂及其主要组分的催化燃烧作用及催化机制。指出唑类和吖嗪类部分化合物对固体推进剂催化效果优异;二茂铁及衍生物含能化兼具提升能量和改善迁移;蒽醌类等新型含能催化剂也各有优势;含氮量越高,对催化剂体系能力贡献越大,可通过在氮杂环上引入硝基等含能基团以提高氮含量并改善催化剂的性能。指出今后含能燃烧催化剂的研究重点为:进一步开展多功能、多金属含能燃烧催化剂的设计及机理探索;同时加强含能燃烧催化剂对其他含能材料热分解的催化作用及在固体推进剂中的应用研究。附参数文献89篇。

纳米硼基复合金属颗粒弥散燃烧的诊断研究

金属燃料的添加不仅能够提高推进剂的能量密度,还能缓解冲压发动机高频燃烧的不稳定现象。硼具有较高的质量热值和体积热值,受到了广泛关注。然而由于硼自身熔点高、沸点高且表面存在氧化层,导致点火困难,燃烧性能差。铝和铁的存在会使得氧化过程表面反应的放热增加,提高温度,促进硼的点火和燃烧。同时由于铝和铁具有较高的燃烧热和较快的能量释放速率,理论燃烧热利用率高,可引入铝和铁来提高硼的燃烧效率和实际燃烧热值。针对硼点火困难和燃烧性能差的问题,将硼分别和铝、铁掺混得到兼具较好点火性能和较高能量密度的复合金属燃料。采用弥散燃烧系统研究了纳米硼基复合金属颗粒云的弥散燃烧特性,利用高速相机获得硼及硼基复合金属颗粒云的燃烧过程,并利用双色法测量了其温度分布变化,应用光纤光谱仪、扫描透射电镜、X射线衍射和元素分析对硼基复合金属颗粒的燃烧特性及机理进行分析。结果表明,铝和铁的加入缩短了硼的点火延迟时间和燃烧时间,并且使得同一时间内被点燃的硼颗粒数量增加,硼的燃烧过程更加剧烈。铝的加入提高了复合燃料的燃烧温度;铁的加入降低了复合燃料的燃烧温度。硼基复合金属颗粒弥散燃烧测温过程中观察到明显的绿光,结合光谱图,分析该绿光来自于硼燃烧生成的中间产物BO_(2)。硼基复合金属颗粒弥散燃烧后团聚物主要为氧化产物,其中也含有少量的氮元素。硼基复合金属颗粒弥散燃烧后产物团聚现象更为明显,且不规则块状硼的破裂更加严重。硼基复合金属颗粒进入管式炉后,受到热辐射后在短时间内快速升温,铝和铁颗粒率先达到着火温度开始燃烧,燃烧释放的热量积聚在颗粒内部,被硼颗粒吸收,硼表面氧化层破裂,内部硼与空气接触,继而温度上升至硼的着火点,硼开始燃烧,从而促进了硼的燃烧。

固体推进剂燃烧火焰诊断与模拟技术研究进展

从固体推进剂燃烧机理研究出发,简要综述了目前在固体推进剂燃烧火焰诊断和模拟技术研究进展。从固体推进剂燃烧温度测量、燃烧火焰形态获取、燃烧组分检测、熄火表面制备与分析等方面介绍了固体推进剂燃烧火焰诊断方法在实验方面的发展情况;探究了模型计算在固体推进剂燃烧机理方面的进展;介绍了各诊断方法所涉及的基本原理,对比了各方法在实际燃烧诊断中的优缺点,同时对固体推进剂燃烧火焰诊断典型方法和模拟仿真技术的发展方向进行了展望。附参考文献86篇。

不同类型微/纳米铝粉点火燃烧特性研究

微/纳米铝粉在火炸药领域具有广泛的应用前景,为揭示其在推进剂中的燃烧机理,利用CO2激光点火装置对不同类型微/纳米铝粉点火燃烧性能进行了实验研究。研究结果表明:微/纳米铝粉配比中纳米铝粉含量越高,点火燃烧性能越好;80 nm铝粉的点火延迟时间稍大于120 nm铝粉,分析是由于活性铝含量降低其熔化所产生的内外压差变小所致。同时分析了微米铝粉与纳米铝粉的点火燃烧机理:经纳米镍粒子表面改性后微米铝粉点火燃烧性能有所改善,此时纳米镍粒子作为氧的载体;利用有机物包覆改性纳米铝粉,点火延迟时间增加,但结合其防止纳米铝粉氧化及自身能量性能两方面,采用含能聚合物包覆改性纳米铝粉仍具有很好的应用价值。

MOFs作为固体推进剂的燃烧催化剂和含能添加剂的研究进展

新材料是固体推进剂发展的基础。其中,新型含能材料以及燃烧催化剂的研发对于改善固体推进剂的性能具有重要的意义。系统介绍了金属有机框架化合物(MOFs)在多相催化以及高能化方面的进展。指出MOFs在催化烷烃、烯烃、醇等有机物以及CO的氧化反应方面具有较高的活性,具备催化推进剂燃烧反应的能力。MOFs在推进剂燃烧过程中原位生成的金属氧化物也可促进推进剂燃烧。引入高含氮量的配体可获得优异能量性能和安全性能的MOFs,改变含能配体的成分、结构及与金属离子的配位方式可调节其能量性能。认为,设计并合成可用于固体推进剂燃烧的高效MOFs催化剂,探讨其在推进剂燃烧过程中的反应机理,揭示其含能基团的成分、结构及与金属离子的配位方式对含能MOFs能量性能的影响等是今后研究重点。

固体火箭推进剂用燃烧催化剂研究新进展

从纳米燃烧催化剂、含能催化剂和双金属燃烧催化剂三方面综述燃烧催化剂的研究新进展。总结了各类催化剂的特点和发展过程中的技术难题,指出燃烧催化剂的发展方向,如纳米催化剂的团聚抑制和催化机理、含能催化剂能量与感度的统一以及双金属催化剂的结构表征和含能化等。附参考文献55篇。

固体推进剂燃速测试技术研究进展

综述了固体推进剂的静态燃速、动态燃速和特定环境下的燃烧测试技术的研究现状以及各种燃速测试方法的特点,分析认为固体推进剂燃速测试技术的总体发展规律是由静态燃速测试逐步发展到动态燃速测试,在动态燃速测试的基础上出现了旋转过载燃速测试技术和压强瞬变条件下的燃速测试技术。现有燃速测试技术还用于测试固体推进剂常用高能添加剂的燃烧性能。提出了固体推进剂燃烧性能测试技术的发展方向:高压(超高压)燃烧性能测试技术、超低压(真空)燃烧性能测试技术、低温微重力环境下的燃烧性能测试技术等。附参考文献55篇。

两点阵列爆炸威力场分布及增益研究

为了获得两点阵列爆炸冲击波场的分布规律及其相对于同质量整体单点爆炸威力的增益效果,采用AU-TODYN有限元软件建立了两点阵列爆炸的计算模型,对不同阵列距离条件下两装药阵列爆炸的冲击波场进行了模拟研究,并对两个相距4 m的1 kg装药同时爆炸的计算结果进行了试验验证;分析了装药质量、阵列距离对冲击波威力及增益的影响规律,获得了两点阵列爆炸冲击波作用区面积与阵列距离的相互关系,建立了最佳阵列距离以及冲击波作用区面积增益的计算模型.结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合较好,数值模型合理、方法可行;随着阵列距离的增大,两点阵列爆炸的冲击波作用区面积先增大后减小,最佳阵列距离与阵列爆炸单元的质量呈正比关系,函数关系式为L=2.078M1/3;阵列爆炸相对于同质量整体单点爆炸的威力增益显著,阵列距离6~10m范围内冲击波作用区面积增益大于29%;两点阵列爆炸冲击波作用区面积增益和阵列比例距离呈三次多项式函数关系,增益计算模型的预估误差不大于15%.

含能材料物理化学性能理论预估研究进展

从含能材料领域的最近发展成果出发,讨论了该领域的主要研究方向,重点论述了当前含能材料物理化学性能理论预估的最新成果,主要包括量子化学、分子动力学或者半经验QSPR建模的方法预估含能材料的感度、燃烧爆轰性能、反应活性、固化机制与力学性能的研究进展。总结了目前存在的主要技术壁垒,包括缺乏完备统一的含能材料性能标准实验数据库,没有自主知识产权的商业化含能材料性能计算软件,且国际上商业软件对含能材料的物理化学性能的可靠预测仅局限于爆轰性能和燃烧性能。文献调研表明,我国需要进一步加强该领域研究,最终建立一个能评价含能材料性能与安全的综合软件平台。

RDX-CMDB推进剂燃速温度敏感系数的实验研究

为了揭示RDX-CMDB推进剂中各常见组分对其燃速温度敏感系数的影响规律,制备了一系列含RDX、铝粉及燃烧催化剂的CMDB推进剂样品。采用氮气靶线法测得其在2~14MPa下的燃速温度敏感系数（σp）。讨论了RDX含量、铝粉、燃烧催化剂对RDX-CMDB推进剂燃速温度敏感系数的影响。结果表明,提高工作压强、增加RDX含量、添加燃烧催化剂均有助于降低RDX-CMDB推进剂在一定初始条件下的燃速温度敏感系数。配方中引入铝粉后可降低中低压下RDX-CMDB推进剂的燃速温度敏感系数,且燃速温度敏感系数几乎不随压强变化而变化。选用含邻苯二甲酸铅和没食子酸铋锆作燃烧催化剂,均可在2~10MPa下降低RDX-CMDB推进剂的燃速压强指数,同时降低燃速温度敏感系数。

高密封性等离子体发生器一致性实验研究

毛细管放电等离子体发生器是电热化学炮中的关键部件,其工作特性直接影响着等离子体的点火效果。发生器工作的一致性则是实现发生器输出优化的基础,也是实现电热化学炮优势的重要保障。为验证并优化发生器的工作一致性,以放电中的电参数与射流压强作为表征参数,对一种典型的等离子体发生器设计结构开展了相同条件下的重复性实验。结果显示发生器不同次实验的输出特性一致性较差,且实验后的发生器中可见明显的烧蚀痕迹与大量炭黑。实验结果表明发生器内部密封性不足是造成输出不一致性的最主要原因。针对这一问题,设计了一种特殊截面的电极结构以增强发生器的密封性,验证性实验结果显示改进的发生器方案可明显改善发生器的内部密封性与工作一致性。

p(BAMO-AMMO)热塑性高能推进剂燃烧转爆轰试验研究

采用燃烧转爆轰(DDT)管法研究了p(BAMO-AMMO)热塑性推进剂主要固体组分RDX和AP含量、AP粒度及级配等对其燃烧转爆轰响应规律的影响。结果表明,在相同试验条件下,含质量分数65%AP的p(BAMOAMMO)推进剂发生了燃烧转爆轰响应,而含等量RDX的p(BAMO-AMMO)推进剂仅发生了燃烧反应。当RDX质量分数从65%增加到85%时,样品由燃烧反应变为燃烧转爆轰反应。含等量细粒度(d50=1.0μm)AP的推进剂发生燃烧转爆轰的倾向较含粗粒度AP(d50=105μm)的低。当粗、细AP以质量比为10∶3级配时,p(BAMOAMMO)推进剂未发生燃烧转爆轰反应。

基于TDLAS技术的双基系推进剂装药排气羽流流速特性研究

基于可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术,利用吸收光谱中1392nm附近的H2O吸收谱线,测量了双基推进剂和改性双基推进剂装药在Ф50mm标准缩比发动机中燃烧后产生的排气羽流的流速。结果表明,双基推进剂装药的流速在达到第1个峰值后有稍许下降,随后缓慢上升,进入位于0.90~1.39s的平台区;而改性双基推进剂装药的流速在达到1100m/s后直接进入位于0.33~0.88s的平台区,而流速在该区域内呈现下降趋势;上述两种装药的排气羽流流速曲线的变化趋势与燃烧室内压强曲线一致,但由于流速测量点距喷口有一定距离,导致其与压强曲线相比有一定程度的滞后;双基和改性双基两种推进剂装药在距发动机喷口30cm处的平均羽流流速分别为831.8和1057.5m/s。

原子层沉积技术在含能材料表面修饰中的应用研究进展

介绍了原子层沉积技术的原理和特点,并对比传统物理及化学气相沉积薄膜制备工艺,总结了原子层沉积技术在含能材料合成及表面修饰改性方面所具有的薄膜厚度精确可控、工作温度低和大面积及三维均匀性方面的优势。综述了原子层沉积技术在亚稳态分子间复合物合成,降低金属粉和炸药感度,以及提高铝粉、氢化铝和ADN稳定性等方面的研究进展。评述了原子层沉积技术在含能材料精确合成及表面修饰中的主要作用及未来发展方向。附参考文献29篇。

钾盐消焰剂对微烟推进剂燃烧性能影响研究的进展

为了抑制固体火箭发动机羽流的二次燃烧,最好的方法是在推进剂配方中添加钾盐作为抑制剂。介绍了无机钾盐如KNO_(3)、K_(2)SO_(4)、K_(3)AlF_(6)、KA、含能硝基配合物、含能亚硝酸复合钾盐KE和有机钾盐KD等对固体推进剂的分解动力学、羽流电子密度、火焰结构和温度、燃烧速率、燃烧波结构、熄火表面及平台燃烧效应的影响。还介绍了一些新型有机含能与不含能的钾盐。对目前固体推进剂消焰剂的研究中存在的问题及未来发展方向进行了展望,可为相关领域的研究提供借鉴。

含铝炸药爆炸光辐射能量输出特性研究

通过爆炸光辐射特性试验研究,获取了含铝炸药装药在不同反应阶段的可见光、红外光时程曲线,计算了不同波段光辐射的能量利用率;基于含铝炸药的爆炸能量输出结构,分析了含铝炸药爆炸光辐射能量输出特性和激发特性规律.结果表明,可见光、中波红外和长波红外3个频段的光辐射强度分别在含铝炸药爆炸爆轰反应阶段、无氧燃烧反应阶段和有氧燃烧反应阶段达到最大峰值,与不同阶段的反应机制和释能特性吻合;含铝炸药常规爆炸的光辐射在试验工况测量波段的能量利用率为5.91%,与核爆炸模式的光辐射转化率存在数量级上的差异,但通过优化炸药配方设计和复合装药结构等技术途径仍可能有较大的提升空间,可为光电对抗提供新型技术途径.

阵列爆炸——一种常规高效毁伤技术

世界范围内,高张力键能材料如离子氮、全氮、聚合氮(Chong ZHANG,Cheng-guo SUN,Bing-cheng HU,et al. Synthesis and characterization of the pentazolateanion cyclo-N5-in(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl[J]. Science,2017,335(6323):374-376;Yuan-gang XU,Qian WANG,Cheng SHEN,et al. A series of energetic metal pentazolatehydrates [J]. Nature,DOI:10.1038/nature23662)、金属氢(Brent Grocholski. Staming hydrogen into metal[J]. Science,2017,335(6326):706)等颠覆性含能材料的合成与表征仍处于探索阶段,近期难以工程化应用,“采用新型毁伤机理或模式,实现新效应毁伤”则成为常规毁伤技术的重点发展方向(宋浦,肖川.常规毁伤的新发展——超强毁伤技术[J].含能材料,2018,26(6):462-463)。

丁羟复合推进剂过载燃烧研究进展

过载环境会对丁羟复合推进剂装药燃烧产生重要影响。从过载燃烧测试表征、过载对推进剂燃烧性能、内弹道性能、燃烧流场的影响4个方面,对丁羟复合推进剂装药过载燃烧研究现状进行了综述。阐明完善深化过载燃烧特性测试表征方法,集成燃烧流场、热结构、侵蚀燃烧及内弹道特性开展耦合仿真、建立过载燃烧推进剂及装药设计方法等将成为下一步的研究重点。