铝基燃料高效燃烧新进展

铝粉是推进剂中应用最为广泛的金属燃料,其燃烧时伴随的熔融团聚、不完全燃烧和二相流损失等现象,直接影响武器系统的安全性和有效射程。因此,铝基燃料的高效燃烧对于火炸药综合性能优化具有重要意义。近年来·燃烧与爆炸技术重点实验室纳米材料应用基础研究专业组开展了多类铝基燃料的高效燃烧技术研究,旨在持续提升含铝推进剂的释能水平。

铝水推进剂用高活性铝基燃料制备及水解性能研究

采用机械球磨法制备了一系列高活性铝基燃料,并通过XRD、SEM和水解性能测试考察了盐和氢化物掺杂对铝合金性能的影响。结果表明,氢化物(盐)的加入明显改善了铝合金水解性能。以Al-10%Bi-10%MgH2合金水解为例,1 g该合金水解产生783 ml/g氢气(不包含0.1 g的MgH2水解产生的167 ml氢气),氢气生成速率为78.3 ml/(min.g),远远超过Al-16%Bi合金氢气产量(670 ml/g)和氢气生成速率(23 ml/(min.g))。氢化物(盐)的作用在于:(1)在球磨过程中,氢化物(盐)有利于减小铝基燃料的粒径;(2)氢化物(盐)溶解产生的热量有利于改善铝基燃料的水解动力学;(3)氢化物(盐)溶解产生大量的导电性离子,促进了铝基燃料在水中迅速形成微型腐蚀电池,并加快微型腐蚀电池工作。

铝基水反应金属燃料动力系统建模与仿真

铝基水反应金属燃料动力系统采用高能量密度燃料,可大幅提高无人水下航行器的航程,是极具潜力的新型水下能源动力系统。文中分析了铝基水反应金属燃料动力系统工作原理,建立了全系统的性能计算模型,提出了该模型的求解方法,利用模型计算了系统关键节点的热力工作参数,获得了关键节点的热力工作参数和设备性能参数对系统热效率的影响规律。仿真结果表明,铝基水反应金属燃料动力系统比锂电池等目前常用的水下能源动力系统具有显著优势,且通过优化其热力工作参数,可进一步提高铝基水反应金属燃料动力系统的热效率。

铝基微单元复合燃料在NEPE固体推进剂中的应用

为研究铝基微单元燃料在硝酸酯增塑聚醚(NEPE)固体推进剂中的应用性能,以铝基微单元复合燃料(Al@AP)代替铝粉加入NEPE固体推进剂,以真空定容爆热试验、发动机试验、残渣活性铝测试、高速摄影、单向拉伸试验、工艺性能测试等手段研究了Al@AP对NEPE固体推进剂燃烧、力学、工艺等性能的影响;并对Al@AP在NEPE固体推进剂中的燃烧作用机理进行了分析。结果表明,以19.5%的Al@AP代替FLQT‑3 Al后,NEPE固体推进剂的爆热由6039.4 J·g^(-1)提升至6924.8 J·g^(-1),残渣量由28.91 g降至7.64 g,残渣活性铝含量由14.64%降至0.37%,残渣粒径d_(50)由94.12μm降至24.21μm,NEPE固体推进剂喷射效率提升,铝粉在燃面停留时间由55 ms缩短至40 ms,且无明显融联团聚现象,且Al@AP对推进剂的燃速、力学、工艺等性能基本无影响。

铝水推进剂用铝基复合材料的制备及性能研究

通过比定压热容、热导率、热扩散率、电阻率和差热分析（DTA）等测试，考察了3种不同添加荆对铝水推进体系用铝基复合材料性能的影响。结果表明，添加剂b的加入，明显改善了铝基复合材料的性能：降低了铝基复合材料的启动温度，该材料在常温下与水反应剧烈，释放出明亮的火焰；提高了铝基复合材料的比定压热容，在-50～20℃温度范围内，比定压热容由0．65～0．75J／（g·K）提高到0．95～1．1J／（g·K）；改善了铝基复合材料的导电、导热性能，热导率由3．9381W／（m·K）提高到5．0396W／（m·K），电阻率由0．0136Ω·m降到0．0131Ω·m。

降速剂及其作用位点对丁羟四组元推进剂燃烧性能的影响规律

为研究降速剂对丁羟四组元推进剂燃烧性能的影响规律,将典型季铵盐和金刚烷衍生物两种高效降速剂引入核壳结构铝基复合颗粒Al@HMX和AP@Al,使其分别作用于HMX颗粒内部和AP颗粒表面,制备了4种含降速剂的铝基复合颗粒(Al/A@HMX,Al/B@HMX,AP@Al/A和AP@Al/B);采用扫描电子显微镜对样品形貌进行了表征;采用高速红外相机拍摄推进剂燃烧过程的火焰红外照片,并对推进剂的爆热、密度、点火延迟时间和燃速进行了测试。结果表明,加入惰性降速剂会导致推进剂爆热降低,而Al@HMX复合颗粒能部分抵消这一现象,使推进剂爆热值增加了338 J/g;降速剂能够抑制AP和HMX的热分解过程,使达到AlO辐射峰值前维持低强度的“平台段”;而引入Al@HMX后,推进剂的点火延迟时间比基础配方减小49.4%;在10~20 MPa范围内两种降速剂均能有效降低推进剂燃速,在此基础上采用Al@HMX可使含季铵盐丁羟四组元推进剂20 MPa下的燃速降低7.1 mm/s(38.4%),压强指数降至0.25;当降速剂作用于AP表面时,含质量分数1%季铵盐的推进剂在20 MPa下燃速可降低5.0 mm/s(27.3%)。

Al/PTFE亚稳态分子间复合物的制备及其在高温水蒸汽中的反应性能研究

为了提高铝与高温水蒸汽的反应活性,采用机械球磨法在不同球磨时间下制备得到了铝基聚四氟乙烯亚稳态分子间复合物(Al/PTFE);通过扫描电镜、激光粒径分析仪、X射线衍射、同步热分析仪研究了Al/PTFE的微观形貌、晶型及氧化性能;利用水蒸汽反应装置研究了Al/PTFE在高温水蒸汽中的点火性能;用扫描电镜、激光粒径分析仪、X射线衍射分析仪研究了Al/PTFE燃烧产物的微观形貌及组成。结果表明,Al/PTFE复合物的形貌随球磨时间的增加由片状向块状转变,粒度随球磨时间的增加而减小;3h球磨制备的Al/PTFE复合物与高温水蒸汽反应时展示出最佳的反应活性,反应产物的中值粒径(D_(50))为17.2μm;3h球磨制备的Al/PTFE复合物在600℃和700℃高温水蒸汽下的点火延迟时间分别为29s和15s,且点火温度比1h和5h球磨制备的Al/PTFE更低。