碳纳米管对AP/CMDB推进剂燃烧性能和力学性能的影响

为了改善溶剂压伸法制备的高氯酸铵/复合改性双基(AP/CMDB)推进剂的燃烧性能和力学性能,采用差示扫描量热法(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)研究了碳纳米管(CNTs)对AP/CMDB推进剂主要组分热分解性能及AP/CMDB推进剂微观结构的影响,测试了含质量分数为0.1%、0.3%和0.5%CNTs的AP/CMDB推进剂的燃速和抗冲强度。结果表明,CNTs可以有效催化AP的热分解,使AP低温分解峰消失,高温分解峰温提前39.9℃,但对NC/NG双基组分的热分解影响不大;CNTs可以改善AP/CMDB推进剂的微观结构,添加0.5%CNTs的推进剂中无明显微裂纹;CNTs可以有效改善AP/CMDB推进剂的燃烧性能和力学性能,随着CNTs含量的增加,推进剂的燃速提高、压强指数降低,推进剂的抗冲强度增大;添加0.5%CNTs的AP/CMDB推进剂10 MPa下燃速为61.19 mm·s^(-1),10~22 MPa压强指数为0.51,-40℃下的抗冲强度为5.55 kJ·m^(-2)。

Al粉在高燃速AP/CMDB推进剂中的应用

采用量热仪、燃速仪、PDSC 分别研究了含不同粒度和含量 Al 粉的高燃速 AP／CMDB 推进剂的爆热、燃烧性能与热分解特性。结果表明，推进剂爆热与 Al 粉的含量成正比；Al 粉质量分数为0～8％时，对推进剂燃烧性能无明显影响；Al 粉粒度由14μm 减小至5μm 时，推进剂爆热降低40 J／g，热分解放热量增加107 J／g，7～10 MPa 压强下推进剂燃速提高1～1．8 mm／s，7～22 MPa 下压强指数由0．56降至0．50；当 Al 粉（质量分数3％）粒度减小为150 nm 时，推进剂的爆热降低93 J／g，热分解放热量增加343 J／g，18～22 MPa 压强下的燃速提高2～3 mm／s。

工艺溶剂对AP/CMDB推进剂燃烧性能的影响

通过溶剂含量的测定,研究了AP/CMDB推进剂药柱工艺溶剂含量的分布规律,测试了不同工艺溶剂含量推进剂的燃速,采用单幅摄像系统拍摄了不同溶剂含量推进剂的燃烧波结构图片.结果表明,药柱内部至表面溶剂含量近似于线性分布;溶剂含量降低,溶剂浓度梯度下降,10 ～ 22 MPa推进剂燃速和燃速压强指数提高;溶剂含量降至1.1％以下,燃速趋于恒定.溶剂对AP/CMDB推进剂燃烧性能的影响机理为：溶剂的存在降低了推进剂的燃温和燃烧热值,减少了气相反应区向燃烧表面的反馈热量,使推进剂燃速降低.

温度对薄壁管状AP-CMDB推进剂驱溶效果的影响

通过失重法研究了AP-CMDB推进剂在20、50和70℃时的失重规律,测试了50℃驱溶时不同失重率推进剂的燃速和抗冲击强度。结果表明,20、50和70℃时,推进剂分别放置约234、86和38.5h后质量趋于稳定;溶剂残留量驱除至极限值后,随着NG的挥发,推进剂的抗冲击强度和22MPa下的燃速降低;50℃驱溶时推进剂达到稳定状态的失重率为12.1%,NG的挥发损失对燃烧性能与力学性能的影响较小,适合薄壁管状AP-CMDB推进剂溶剂的快速驱溶。

类球形超细AP在AP-CMDB推进剂中的应用

为了降低含超细AP的AP-CMDB推进剂的机械感度,将类球形超细AP加至CMDB推进剂中,通过扫描电子显微镜获得了推进剂的断面微观形貌;分别研究了类球形超细AP对推进剂密度、力学性能、燃烧性能和机械感度的影响。结果表明,类球形AP表面较光滑,在推进剂中分散较均匀,但与双基组分间存在部分界面脱粘现象;添加类球形超细AP对AP-CMDB推进剂的密度没有影响;可以有效提高推进剂的燃速,含类球形AP的AP-CMDB推进剂在10MPa时燃速从60.12mm/s提高至63.03mm/s;大幅降低推进剂的机械感度,特性落高(H50)提高了15.7cm,摩擦感度(P)降低了32%;但同时降低了推进剂的抗冲强度,-40℃时抗冲强度从5.22kJ/m^2降至4.12kJ/m^2,其原因与类球形AP的热分解性能、表面形貌、分散均匀性及与双基组分间的界面情况有关。

改善AP-CMDB高燃速推进剂低温力学性能技术

探讨了溶剂压伸工艺成型压力和加入补强剂等技术对AP-CMDB高燃速推进剂的力学性能影响。研究结果表明,采用加入功能添加剂的方法,有效地提高了该推进剂的力学性能,可将-40℃的抗冲击强度由3.38kJ/m2提高到6.17kJ/m2,其它性能与原配方相比基本相当。该技术为解决此类推进剂毛刷式或悬壁梁式发动机装药低温工作易产生碎药问题及拓宽其应用领域奠定了技术基础。

AP-CMDB推进剂微观结构及药形尺寸对低温力学性能的影响

为研究溶剂压伸法制备的AP-CMDB推进剂低温发动机试验易产生碎药的原因,采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察了AP-CMDB推进剂样品的微观结构;通过测试样品的线膨胀系数,研究了AP颗粒与黏合剂体系的线膨胀匹配性;讨论了药形尺寸对推进剂低温抗冲强度的影响。结果表明,溶剂压伸法制备的APCMDB推进剂药柱中存在大量微孔和少量微裂纹,AP颗粒团聚明显,Al颗粒与黏合剂体系间出现严重的界面脱粘;AP颗粒与黏合剂体系间的线膨胀匹配性较差;壁厚1.5mm的单孔管状药柱的低温(-40℃)抗冲强度低于壁厚4.5mm的,套管结构药柱的低温(-40℃)抗冲强度低于单孔管状药柱的。AP-CMDB推进剂低温碎药的形成与其微观结构、力学性能及药形尺寸有关。

辅助增塑剂对AP-CMDB推进剂力学性能的影响

为解决高氯酸铵基复合改性双基(AP-CMDB)推进剂易出现高温过软、低温过脆的力学性能问题,研究了多种辅助增塑剂对AP-CMDB推进剂力学性能的影响。结果表明:固体辅助增塑剂吉纳(DINA)和1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)可明显改善AP-CMDB推进剂高温条件下(50℃)的力学性能;液体辅助增塑剂聚缩水甘油醚硝酸酯(PGLYN)、双叠氮乙二醇二乙酸酯(EGBAA)及三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)可提高AP-CMDB推进剂-40℃的力学性能。所选择辅助增塑剂中TNAZ和TMETN的增塑效果最佳。

AP和铝粉对AP-CMDB推进剂燃烧性能的影响

通过测定推进剂不同压强下的燃速和压强指数，研究了高氯酸铵（AP）和铝粉的粒度及含量对AP-CMDB推进剂燃烧性能的影响。结果表明，减小AP粒度和增大铝粉粒度均能有效提高AP—CDMB推进剂的燃速，推进剂在10～20MPa压强范围内的燃速压强指数随AP和铝粉粒度的减小而明显增大；铝粉的质量分数低于14％时，调节不同比例的AP和铝粉含量对AP—CMDB推进剂的燃烧性能影响不明显，铝粉的质量分数高于14％时，由于铝粉燃烧不完全导致推进剂的燃速降低。

AP／CMDB推进剂的成型工艺

叙述了用溶剂压伸，溶剂无溶剂压伸，无溶剂压伸和浇铸工艺成型ＡＰ／ＣＭＤＢ推进剂的条件，比较了各种工艺的优缺点。

AP-CMDB 推进剂稳态燃烧性能计算研究

建立了一个ＡＰ－ＣＭＤＢ推进剂稳态燃烧模型。该模型可用于ＡＰ－ＣＭＤＢ推进剂和经典双基推进剂燃速特性的模拟计算，其计算结果与文献值相符合，说明该模型是合理、可行的。ＡＰ－ＣＭＤＢ推进剂计算结果表明，ＡＰ粒径减小，ＡＰ含量增加，推进剂燃速升高；而含能粘结剂——ＤＢ母体的含能程度越高，即ＮＧ含量增加，或ＮＣ的硝化度加大，都有利于提高推进剂的燃速。

纳米催化材料与超细高氯酸铵的均匀复合及对复合改性双基推进剂的增速降感研究

为了提高复合改性双基推进剂的燃速,采用超音速气流粉碎技术将纳米催化材料(纳米亚铬酸铜、纳米氧化镉)原位分散于超细高氯酸铵(AP)表面,制备出纳米催化材料/超细AP复合物,并应用于改铵铜(GATo)高燃速改性双基推进剂。采用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热测试(DSC)、机械感度测试、静电火花感度测试等方法对纳米催化材料/超细AP复合粒子进行了分析表征,对制得的含纳米催化材料/超细AP复合粒子的GATo推进剂分别进行了燃烧性能、力学性能、机械感度和安定性研究。结果表明,在超音速气流粉碎力场作用下,在实现AP超细化的同时,实现了纳米催化材料在其表面的原位均匀分散,既提高了超细AP的热分解速率,又降低了超细AP的机械感度。与空白GATo推进剂相比,含有纳米催化材料/超细AP复合粒子的GATo推进剂燃速从55mm/s提升至70.27mm/s(20℃、10MPa),增幅达27.8%,力学性能和安定性基本保持不变,摩擦感度从95%降至80%,撞击感度特性落高值从13.9cm提高到14.7cm,实现了CMDB推进剂的高燃速与低感度的有效平衡。

高氯酸铵/铝粉—复合改性双基推进剂燃速与热分解的相关性研究

利用高压差示扫描量热（PDSC）法研究了高氯酸铵/铝粉—复合改性双基（AP/Al-CM-DB）推进剂在1.0~13.0 MPa压强范围内的燃速与高压热分解特性的相关性。研究结果表明,AP/Al-CMDB推进剂在1.0~13.0 MPa压强范围内的燃速与高压热分解的相关性模型中需将压强p和放热速度ΔHd/Δθ两个影响因子对推进剂燃速的影响程度分开独立考虑,该相关性符合模型关系式u=kupa[ΔHd/Δθ]b,利用该相关性模型所得的燃速计算值与实测值之间的误差低于2.50%.

超细CuCr_2O_4粉体的制备及表征

以Cu(NO32)·3H2O、Cr(NO3)2·9H2O和柠檬酸为原料,采用柠檬酸配位法合成了超细CuCr2O4催化剂,用XRD、SEM对产物进行了表征,用DTA研究了CuCr2O4对高氯酸铵(AP)热分解性能的影响,测量了加入CuCr2O4后CMDB推进剂的燃速。结果表明,在最佳合成条件下(即nCu∶nCr=1∶2,温度700℃)可制得纯四方尖晶石型CuCr2O4。加入超细CuCr2O4后,AP的高温分解温度提前至339.6℃,CMDB推进剂在6MPa下的燃速从35.84mm/s提高到61.00mm/s,压强指数从0.62降低到0.14。