基于新型半导体激光系统的B/KNO3/PF点火特性

为了研究点火系统的发火性能和点火特性,设计了一种新型可自检半导体激光点火系统和以微米级B/KNO3/酚醛树脂(PF)为装药的激光点火器。采用热重-差示扫描量热技术(TG-DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱仪(EDS)、激光反射率和发射光谱等测试获取了药剂的形貌尺寸、元素分布、热性能、激光吸收效率和药剂粒子激发谱线等性能参数;通过激光点火系统启动点火器发火研究了激光脉宽对B/KNO3/PF药剂发火性能和点火特性的影响。结果显示:较大PF质量比(4.8%)的和较小颗粒(平均粒径6.97μm)的B/KNO3/PF药剂在DSC曲线中起始反应温度降低,放热量增加。点火器点火启动分为一次点火和二次点火两个过程,激光脉宽对点火器的点火特性有显著影响。当激光脉宽为5 ms和10 ms时,点火器能够正常发火,其50%发火能量分别为6.23 mJ和12.54 mJ。通过调节激光的脉宽和能量,获得点火器的一次点火延迟时间为3.50~4.69 ms,二次点火延迟时间为7.23~8.08 ms,火焰持续时间为58~83.5 ms;当激光脉宽为2 ms时,激光点火系统无法激励点火器正常发火。这种特性与半导体脉冲激光能量输出规律相符合。

B/KNO3激光点火内弹道仿真研究

为确定B/KNO3在激光点火作用下内弹道性能,开展B/KNO3在密闭爆发器下激光点火p-t试验及内弹道仿真研究。建立了改进内弹道仿真模型,并通过MATLAB数值仿真拟合了B/KNO3激光点火过程的p-t曲线,仿真结果能较好模拟点火过程中压力变化历程。通过p-t曲线积分得到单位面积冲量-时间曲线,在300 ms内仿真和试验结果误差在10%以内,可用于B/KNO3输出做功性能评估。

石墨烯掺杂对B/KNO_(3)/PF激光点火特性的影响

为探索常压下石墨烯(Graphene)掺杂对B/KNO_(3)/PF点火和燃烧性能的影响,采用湿混法和冷冻干燥法分别制备了不同石墨烯掺杂量的Graphene/B/KNO_(3)/PF,并使用光电探测器和高速摄影研究了石墨烯掺杂量和装药密度对点火延迟时间和燃烧速度的影响规律。结果表明:相对于冷冻干燥法,湿混法制备的Graphene/B/KNO_(3)/PF混合均匀且燃烧速度更高。随着石墨烯掺杂量(0~2 wt%)的增加,Graphene/B/KNO_(3)/PF的平均燃烧速度先增大后减小。装药密度为1.5g·cm^(-3)时,0.8wt%石墨烯掺杂量的Graphene/B/KNO_(3)/PF燃烧速度最大(20.3 mm·s^(-1)),与B/KNO_(3)/PF(14.6 mm·s^(-1))相比增加了39.0%;在装药密度0.8~1.7 g·cm^(-3)范围(0.8 wt%石墨烯掺杂量)内,Graphene/B/KNO_(3)/PF药柱平均燃烧速度随着装药密度的增大而减小。

微细圆管中B/KNO_3燃烧特性分析

为了解微细圆管中点火药的燃烧特性,采用高速摄影技术对微细圆管中B/KNO3的燃烧进行实验研究,结果表明:管壁热损失和管道阻力是影响微细圆管中B/KNO3燃烧稳定性的主要因素。圆管内径越小,管壁热损失和管道阻力越大,燃烧越不稳定。B/KNO3在内径1.0～2.0 mm石英管中稳定燃烧、燃速变化微弱。燃烧室压强为0.1～4.0 MPa时,B/KNO3燃速随压强增加,但并不符合燃速指数规律。当石英管内径减至0.5 mm时,燃烧不稳定,燃速随时间延长而变大;圆管内径进一步减小,产生击穿现象导致火焰熄灭。研究还表明在一定壁厚范围内,燃速反比于壁厚。

激光对B/KNO_3药剂作用现象的研究

通过激光点火性能试验、电镜扫描分析(EMS)、差热分析(DTA)研究了激光与B/KNO3点火药相互作用过程中药剂表面的烧蚀情况,以及溅射物质在激光点火中所起的作用。研究结果表明,激光烧蚀药剂时,一部分药剂分子会溅射出药剂表面,损失凝聚相的能量。通过在药剂中加入酚醛树脂和表面压加薄膜,阻止了烧蚀物质的溅射和减少凝聚相能量的损失,提高了药剂的激光点火感度,小激光能量时也缩短了药剂的点火延迟时间。

B/KNO_3点火药激光点火过程中二次燃烧现象的实验和光声模拟(英文)

借助高速摄影手段研究了激光点燃B/KNO3点火药过程中的二次燃烧现象,拍摄速度2000fps。建立了反应性光声模型,与G-R模型的区别在于考虑了化学反应项。用该模型模拟了激光点火过程。结果表明,二次燃烧现象是存在的,其中,第一次燃烧是激光支持的燃烧,第二次燃烧是药剂的自持燃烧。第二次燃烧现象能否出现与激光点火初期体系的热量积累有关,如果化学反应放出的热量大于在此过程中散失的热量,则体系的温度最终可以达到药剂的发火点,从而进入自持燃烧阶段即二次燃烧阶段,否则,药剂就不能被点燃,二次燃烧现象就不会出现。随着入射激光能量的增加,热积累过程缩短,两次燃烧的时间间隔减小。

B/KNO_3药柱燃烧速度的初步研究

利用密闭爆发器测试系统对B/KNO3药柱的燃烧速度进行了研究,结果表明:B/KNO3药柱的线燃烧速度主要受药柱密度的影响,密度较小,线燃烧速度较快;药柱尺寸主要影响产物生成速率,并最终影响B/KNO3药柱燃烧的压力-时间曲线。另外,研究还发现本文中B/KNO3的线燃烧速度并不服从简单的指数燃烧定律,宜采用分段函数的形式进行描述。压力低于7MPa时,线燃烧速度随压力线性增加;而压力为7～50MPa时,线燃烧速度基本上不随压力变化。

B/KNO_3点火药的热分解动力学参数计算

利用差示扫描量热法得到B/KNO3的热分解曲线,用K iss inger方程估算了B/KNO3的表观活化能,用标准作图法得到最可几热分解机理函数,再用积分法求得不同升温速率下热分解的动力学参数活化能E和指前因子A。计算结果表明,升温速率增大,E和A都略有减小,但都与非机理计算结果有较好的吻合。

二极管激光诱导B/KNO_3点火的发射光谱研究

研究了二极管激光诱导含能材料点火的化学反应机理,建立了时间分辨光谱测试系统,测量了在激光作用下B/KNO3的光谱发射历程,探测到了二极管激光作用下一些中间产物,而且可以观察到二次点火现象。实验和计算结果表明:B/KNO3在激光作用下的点火机理属于热点火机理。

还原氧化石墨烯对B/KNO_3点火药撞击及静电感度的影响

采用Hummers法以鳞片石墨为原料制备出氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO),进一步热还原获得还原氧化石墨烯(reduced Graphene Oxide,rGO)。通过扫描电镜观测了还原前后材料的表观形貌,利用红外光谱分析对比了两种石墨烯衍生物片表面含氧官能团的变化,测试了含不同比例rGO的B/KNO_3点火药的热扩散系数和电阻率,依据GJB5891-2006测试了含rGO硼系点火药的特性落高、临界发火电压与50%发火能量。结果表明,添加1%～5%的rGO后,点火药导热系数由0.573 W·(m·K)^(-1)上升到0.620 W·(m·K)^(-1),电阻率由绝缘体下降到1.11×105Ω·cm;点火药的特性落高从42.3 cm上升到59.0 cm,临界发火电压从5 kV上升到25 kV,这表明,少量(5%最佳)rGO会显著改善点火药的撞击感度和静电感度。

热通量测量在B/KNO_3点火药装药结构设计中的应用

固体火箭发动机点火装置的设计优化通常依靠它与发动机进行匹配试验来确认。匹配试验周期长、费用高,如果辅以热通量的测量,可以减少匹配试验次数,降低试验成本,缩短设计周期。依据热通量测试原理,制作了箔式铂热通量计和固体火箭发动机电点火具热通量测试装置。对3种不同药型的B/KNO3点火药装药进行瞬态和轴向热通量分布的测量和分析,在此基础上确定了某空空导弹点火发动机电点火具B/KNO3点火药装药的药型,并且通过点火发动机匹配试验验证了装药结构设计的合理性。

不同配比安全点火药B/KNO_3的研究

为研究可靠点燃主装药,性能稳定的B/KNO3点火药,对不同配比的B/KNO3进行配制并对其性能进行测试。不同配比B/KNO3在火焰感度、静电火花感度、撞击感度、摩擦感度4项外界刺激中,除了对撞击非常钝感之外,对其他3项外界刺激敏感。在不同比例的药中,以B/KNO3比例为50:50,粘结剂为X的药火焰感度最高,稳定性好;静电火花感度随B/KNO3中B比例提高而降低,摩擦感度随B/KNO3中B比例提高而提高,但当中B比例从40%提高到50%时,这两感度改变不多。分析得出B/KNO3比例为50:50,粘结剂为X的药满足对主装药点火可靠,稳定性好。

某导弹点火装置B-KNO_3输出装药设计及试验

为了实现某导弹发动机的稳定点火,对点火装置B-KNO3输出装药的药型和药量进行了设计及试验,确定了点火药量为(2.5±0.1)g,药型为环状,并通过相关试验验证了B-KNO3输出装药的强度及输出性能,验证试验表明B-KNO3输出装药满足发动机点火要求。

酚醛树脂对B/KNO_3点火药的激光点火特性的影响

用光声-光电测试法，EMS方法和DSC热分析方法研究酚醛树脂对B／KNO3点火药的激光点火特性的影响。研究结果表明，在一定的入射激光能量下，当有酚醛树脂时，B／KNO3体系点火药的点火延迟期缩短，光声信号也减小，酚醛树脂的作用在于抑制样品的能量和物质量向环境流失。样品表面激光烧蚀斑的电子显微照相表明有无酚醛树酯，药剂的烧蚀情况无明显的差异，激光在药剂表面形成多个点火中心。

B/KNO_3装药密度对激光点火延迟时间的影响

激光点火延迟时间是激光火工品和激光敏感药剂设计的重要性能参数。通过实验验证了激光点火器输入端结构密封强度设计是减小点火延迟时间和提高时间精度的关键因素。精确测定了B/KNO_3点火药的装药密度和压药压力关系及激光点火延迟时间和装药密度的关系,即B/KNO_3装药密度随压药压力的增加呈对数关系曲线;B/KNO_3激光点火延迟时间随装药密度的增加而呈负指数函数规律减小。通过理论和实验分析得知装药密度对激光点火延迟时间的影响最有可能改变药剂的初始反应区燃烧压力成长。

微细石英玻璃管中B/KNO_3的燃烧特性

利用高速摄影手段,对微细石英玻璃管中B/KNO_3的燃烧特性进行了研究。结果表明:B/KNO_3在内径尺寸为1.0mm及以上时能够稳定燃烧,燃速符合几何燃烧定律;而当内径为0.5mm时,燃烧特性改变,此时燃速随时间呈线性增长规律;分析了产生反常燃烧的原因,主要是由于微尺度下管道阻力导致燃烧产物积累,管内气压升高,从而加速了燃烧反应,产生更多的气体。当气体压力达到临界状态,会出现脉冲火焰喷射现象,甚至燃烧转爆轰。

冲击片点火管

叙述了冲击片点火管的设计原则 ,优化了结构及设计参数 ,并进行了性能试验。试验结果表明 :圆柱形冲击片点火管有较小的电感和电阻 ,发火阈值能量较低 ,是一种安全点火管 。

冲击片点火技术探讨

用冲击片技术对 B/KNO3钝感点火药的点火及影响因素进行了探讨。试验结果表明 ,用冲击片点燃 B/KNO3钝感点火药是可行的。

含能材料爆燃快速合成氮化硼的初步研究

在对装有B/KNO3/RDX的密闭容器中的燃烧产物进行电镜扫描、能谱分析、物理观察以及化学滴定分析的基础上,发现B/KNO3/RDX燃烧产物中含有较多的固态氮化硼,从而提出了一种含能材料爆燃快速合成氮化硼的方法。通过对爆燃获得氮化硼的反应原理等方面的分析,提出了B2O3/NH4NO3配方可能是通过爆燃获得高纯度、高产量氮化硼的理想配方。

掺杂物对药剂激光点火感度和延迟时间的影响

分别研究了碳黑、石墨、KCl和石蜡四种掺杂物对Zr/KClO4 点火药及碳黑对B/KNO3 点火药的激光点火感度和延迟时间的影响。实验结果表明 ,四种掺杂物均能降低药剂的激光点火延迟时间 (其中碳黑的效果最强 ,石墨的效果最弱 ) ,但只有碳黑能够降低药剂的激光点火感度。