含硼推进剂固冲发动机补燃室内凝聚相燃烧产物特性试验研究

针对含硼贫氧推进剂固体火箭冲压发动机,提出了一种补燃室内凝聚相燃烧产物取样和分析方法,基于设计的水冷探针取样装置,通过地面直连式试验对发动机中间燃烧产物进行了采集.试验证明,该方法能够有效开展含硼推进剂固冲发动机补燃室内凝聚相产物取样研究,并使用现代仪器手段对产物的理化特性与粒度分布规律进行了深入分析.研究结果表明,凝聚相产物的形态呈无规则状,大部分颗粒呈片状,只含有少量形状很规则的球状颗粒;产物的主要成分为B2O3;产物的粒度呈三峰分布,主要集中在0.3～40 μm之间.另外,随发动机补燃室长度增加,粒度逐渐减小;自发动机中心轴线位置向发动机壁面位置的径向变化过程中,粒度先明显减小,后略微增大.

复合推进剂凝聚相燃烧产物成分分析方法

为获得准确可靠的复合推进剂凝聚相燃烧产物(CCPs)的理化特性,提出了一种基于微波消解的乙二胺四乙酸(EDTA)滴定法以实现凝聚相燃烧产物全组分定量解析。采用自研凝聚相燃烧产物收集系统获取了四组元推进剂凝聚相燃烧产物,针对活性Al含量对比分析了EDTA滴定法、电感耦合高频等离子体发射光谱法(ICP)、气体容量法及重铬酸钾滴定法等4种方法的测试精度。结果表明,基于微波消解的EDTA滴定法能准确测定复合推进剂凝聚相燃烧产物中的Al、Al2O3、AlN、Fe2O3和C等组分含量。微波消解能有效溶解包裹在活性Al表面的Al2O3壳层,其最优溶液配比参数为VH3PO4∶VH2SO4∶VHNO3=10∶2∶1,温度为240℃,时间为150 min。ICP光谱法也能检测凝聚相燃烧产物中的全部组分,精度略低于EDTA滴定法。气体容量法和重铬酸钾滴定法测定凝聚相燃烧产物中活性Al的含量则显著低于EDTA滴定法和ICP光谱法。EDTA滴定法测定活性Al含量最精确,其精度相较气体容量法、重铬酸钾滴定法、ICP光谱法分别提高60%,40%,22%。

HMX含量对丁羟四组元推进剂团聚及凝聚相燃烧产物的影响

奥克托今(HMX)作为含能材料在能够提高推进剂能量性能的同时可改变推进剂的燃烧过程,广泛用于固体推进剂中。为了研究HMX含量对推进剂点火、燃烧、团聚和凝聚相燃烧产物特性的影响,采用推进剂燃面拍摄、激光点火以及凝聚相燃烧产物收集方法对HMX含量在0%~10%范围内的典型四组元推进剂进行试验研究。结果表明:随着HMX含量由0%增加到10%,推进剂的点火延迟时间由191 ms增加到286 ms,推进剂的燃速和压强指数均减小,凝聚相燃烧产物的体积平均粒径D_(43)由48.1μm增加到138.3μm。含10%HMX的推进剂燃面上铝的团聚程度最大,而含8%HMX的推进剂凝聚相燃烧产物中活性铝的含量最高。

有机氟化物对铝/镁-HTPB富燃料推进剂燃烧性能和凝聚相燃烧产物的影响

为了研究有机氟化物(OF)对铝/镁-端羟基聚丁二烯(Al/Mg-HTPB)富燃料推进剂的燃烧性能和凝聚相燃烧产物的影响,制备了三种含OF的Al/Mg-HTPB富燃料推进剂,通过氧弹量热仪分别测定了推进剂在氮气和氧气氛围下的燃烧热,采用CCD线扫描照相法测定推进剂在压力范围为3~9 MPa下的燃速,并拟合得到燃速压强指数;收集了推进剂在3 MPa下的凝聚相燃烧产物,对其形貌、粒度分布、活性铝含量和成分组成进行了分析。燃烧测试结果表明,OF的添加,使HTPB富燃料推进剂在氮气气氛下的燃烧热下降,氧气气氛下的燃烧热升高;OF的添加,使得推进剂的燃速升高和凝聚相燃烧产物的粒径降低,但由于负氧程度的增大和燃烧过程中残碳的生成,其燃速和凝聚相燃烧产物的粒径并不随OF含量的上升而单调变化。对凝聚相燃烧产物的分析结果表明,OF的添加,使富燃料推进剂的凝聚相燃烧产物的残铝量和D_(90)尺寸以下的粒子团聚程度呈现下降趋势;金属燃烧的氧化物主要以MgAl_(2)O_(4)的形式存在,OF的添加促使残碳和AlF_(3)的出现。这些结果对OF在Al/Mg-HTPB富燃料固体推进剂中的应用有重要意义。

含氟有机添加剂对含铝聚醚推进剂燃烧凝聚相产物的影响

为了抑制高含铝推进剂燃烧凝聚相产物的团聚,将含氟有机添加剂加入到含铝聚醚推进剂中,用高速摄像装置研究了推进剂药条的燃烧情况。利用扫描电子显微镜/能谱仪、激光粒度分析仪、X-射线衍射仪、实时粒度测试仪研究了含氟有机添加剂对推进剂燃烧凝聚相产物形貌、粒径、成分和燃烧实时粒度的影响。结果表明:含氟有机添加剂的加入,有助于减少燃烧铝颗粒的尺寸,能明显减少大尺寸凝聚相粒子的生成,在7 MPa时,加入2%的含氟有机添加剂,燃烧凝聚相产物的平均粒径D50从5.83μm减小到3.06μm;X-射线衍射仪测试结果显示,含氟有机添加剂的加入导致燃烧凝聚相产物中α-Al_2O_3晶型和θ-Al_2O_3晶型几近消失,主要形成γ-Al_2O_3和δ-Al_2O_3晶型。

含铝固体推进剂燃烧过程中铝粉团聚现象研究进展

介绍了固体推进剂中铝的凝聚相燃烧产物种类及收集方法;分析了铝粉在燃烧表面区域的团聚物演化过程;综述了氧化剂粒径、燃烧压强、铝粉粒径和推进剂燃速对铝团聚的影响,并总结了各因素的作用原理;介绍了抑制铝粉团聚的方法。建议进一步开展铝团聚机理研究,深入揭示推进剂燃烧凝聚相及气相环境对铝团聚行为的影响,构建基于推进剂燃烧物理过程的铝团聚仿真模型,掌握满足高能量要求的铝团聚抑制技术。附参考文献74篇。

嵌入包覆型AlH_(3)含能复合颗粒的制备及其反应特性

为了提高三氢化铝(AlH_(3))的稳定性,采用声共振与喷雾干燥技术相结合的方法制备了3种嵌入包覆型AlH_(3)@Al@xAP(AHAPs)含能复合颗粒,AlH3@Al和AP的质量比分别为9∶1(AHAPs‑10%)、7∶3(AHAPs‑30%)和1∶1(AHAPs‑50%)。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线粉末衍射(XRD)等分析手段对AHAPs及其凝聚相燃烧产物的形貌和结构进行表征,利用热重‑差示扫描量热仪(TG‑DSC)、真空安定仪(VST)研究了样品的热反应活性和稳定性。结果表明,AHAPs含能复合颗粒不仅提高了AlH3的稳定性,同时还促进了AP的分解,随着表面AP包覆含量的增加,AlH3的起始分解温度提高了8.5~11℃,AP的高温分解峰温降低了约81.6℃。与AlH3的分解时间(1006 min)相比,AHAPs‑50%复合颗粒的分解时间提高了近50.9%,达1518 min。此外,嵌入包覆型复合颗粒AlH3@Al/63.5%AP的反应热(9125.6 J·g^(-1))与机械混合样品相比,提高了1054.1 J·g^(-1),且凝聚相燃烧产物粒径更小,说明其燃烧更加完全、燃烧效率更高。