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%.

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。

铝粉粒径对改性双基推进剂燃烧性能的影响

研究了3-10MPa、10-18MPa压力下,铝粉粒径对改性双基推进剂燃速和压强指数的影响。结果表明,随着铝粉粒度的增加,推进剂的燃速增加压强指数降低,3-10MPa下,压强指数从0.92降至0.51;在10-18MPa下,压强指数从0.74降至0.13。当铝粉粒度为24μm时,在10-18MPa含铝推进剂出现了平台燃烧。

NC/NG/AP/Al复合改性双基推进剂力学性能研究

研究了硝化棉含量、固体组分粒度级配和固化剂对NC/NG/AP/Al复合改性双基(CMDB)推进剂的力学性能的影响。结果表明,随NC含量的降低,CMDB推进剂+20℃和+50℃下的抗拉强度降低,硝化棉的质量百分含量为20%时,推进剂的伸长率出现最大值;固体组分的粒度级配对CMDB推进剂的力学性能有较大的影响,AP(96.8μm)、RDX(44.9μm)和Al(10.8μm)质量百分含量的比值为1∶1∶1时,该推进剂力学性能为最佳;硝化棉含量较少的CMDB推进剂体系,进行适度交联固化可在一定程度上提高抗拉强度,明显提高推进剂的伸长率。

高氯酸铵粒度对AP-CMDB推进剂热分解特性的影响

利用热分析—质谱和红外联用法、高压差示扫描量热法研究了高氯酸铵(AP)粒度对AP-CMDB推进剂在0.1 MPa(常压)和1.0MPa压强下的热分解过程。结果表明,含不同粒度AP的AP-CMDB推进剂的热分解过程存在明显的差异,含大粒度AP(d50=96.8μm)的推进剂在常压和1.0 MPa下的热分解过程均出现了AP单体的高温分解阶段,含小粒度AP(d50=12.4,8.5和1.0μm)的推进剂在高压下均仅表现出一个快速分解阶段;AP-CMDB推进剂分解过程中的气体产物主要包括NO2,NO,N2O,CO2,CO,O2,N2,H2O,HCHO和HCl。

复合改性双基推进剂黏弹性-黏塑性-黏损伤本构模型研究

为描述复合改性双基(CMDB)推进剂复杂的力学性能,推导出黏弹性-黏塑性-黏损伤本构模型。进行一系列蠕变-回复试验,获得了本构模型参数。通过不同应力水平和不同加载时间下的蠕变-回复试验和恒加载率-回复试验,验证了本构模型的有效性。结果表明:黏弹性-黏塑性-黏损伤本构模型能够预测CMDB推进剂的蠕变-回复响应和恒加载率-回复响应;与黏弹性-黏塑性本构模型相比,黏弹性-黏塑性-黏损伤模型对CMDB推进剂力学性能的预测能力明显提高;损伤变量随着应变增大,在经过缓慢增大和快速增大后逐渐趋于稳定,应变变化越慢,损伤变量越大,黏弹性-黏塑性-黏损伤模型和黏弹性-黏塑性模型的预测结果差别就越大。

BTATz-Pb复合物对双基和RDX-改性双基推进剂的热行为、非等温动力学及燃烧性能的影响(英文)

制备了含3,6-双(1-氢-1,2,3,4-四唑-5-氨基)-1,2,4,5-四嗪(BTATz)铅复合物(LCBTATz)的双基(DB)推进剂和黑索今(RDX)-改性双基(CMDB)推进剂.采用热重-微商热重法(TG-DTG)及差示扫描量热法(DSC)研究了其热分解行为和非等温分解动力学,并在此基础上评价了其热安全性.结果表明,LCBTATz-DB复合物中在350-540 K之间只存在一个放热分解峰,LCBTATz-CMDB复合物中存在两个连续的放热分解峰,在390-540K温度范围内,其机理方程分别为:f(α)=α^(-1)/2和f(α)=2(1-α)^(3/2).计算了热加速分解温度(T_(SADT))、热爆炸临界温度(T_b)、热点火温度(T_(TIT))和绝热至爆炸时间(t_(Tlad)),其值分别为:DB001复合物,T_(SADT)=444.50 K,T_(TITT)=453.96 K,T_b=471.84 K;t_(Tlad)=39.36 s;CMDB100复合物,T_(SADT)=442.38 K,T_(TITT)=452.89 K,T_b=464.13 K,t_(Tlad)=21.3 s,并以此来评价化合物的热安全性.考察了LCBTATz-DB以及LCBTATz-CMDB的燃烧性能,结果表明LCBTATz是一种高效的双基燃烧催化剂,在较大的压力范围内可以显著提高燃速并且大幅度降低压力指数.对于双基推进剂在2-8 MPa压力范围内出现了明显的超燃速现象,8-12 MPa出现了"麦撒"效应,对于改性双基推进剂的压力指数降到0.18.

撞击作用下螺压复合改性双基推进剂药片的响应

采用落锤仪研究了螺压复合改性双基(CMDB)推进剂药片在撞击作用下发生分解、燃烧或爆炸响应的临界值,获得了不同RDX含量、样品厚度及样品温度对推进剂在撞击作用下响应临界值的影响规律。结果表明,在推进剂中引入RDX不会增加推进剂对撞击刺激的敏感程度;RDX的质量分数为0~54.5%时,随着RDX含量的增加,推进剂药片对撞击刺激的敏感程度逐渐降低;样品厚度为1、2、3mm时,随着样品厚度的增加,推进剂药片对撞击刺激的敏感程度显著降低;推进剂在70℃时对撞击刺激比25℃时更加敏感。

复合改性双基推进剂燃烧性能研究

采用近距摄影、扫描电镜、电子能谱、X-射线衍射等多种技术,对CMDB(复合改性双基)、Al-CMDB、Mg/Al-CMDB推进剂燃速和火焰结构进行了研究。结果表明,在CMDB推进剂中添加Al、Mg/Al等金属燃料,改变了火焰结构;Mg/Al合金可提高金属燃料Al粉的燃烧效率。

镍铝复合粉在改性双基推进剂中的应用研究

采用粒度分析、扫描电镜和激光点火实验对镍铝复合粉进行了表征,对低含量镍粉、铝粉和镍铝复合粉改性双基推进剂样品的燃速、压强指数、火焰结构和熄火表面进行了分析。结果表明,外加质量分数5%的镍铝复合粉可提高低压下的燃速和降低燃速压强指数,样品的燃烧火焰暗区较长。

柠檬酸三丁酯在浇铸高能少烟复合改性双基推进剂中的应用

用真空安定性方法、观察法和单轴拉伸试验分别研究了柠檬酸三丁酯(TBC)与吸收药(NC+NG)、高氯酸铵(AP)、RDX、HM X、吉纳(D INA)和间苯二酚(R es)的相容性、TBC与NC和NG的混溶性,以及TBC分别替代DBP、DEP和NG对浇铸高能复合改性双基(CM DB)推进剂力学性能和物理交联密度的影响。结果表明,TBC与(NC+NG)、AP、RDX、HM X、D INA和R es的相容性良好;且TBC也能与NG和NC混溶。同时,用TBC替代DBP和DEP对CM DB推进剂力学性能的影响不大;但TBC替代NG对CM DB推进剂力学性能的影响明显;随着TBC含量的增加,推进剂常温(+20℃)和高温(+50℃)的拉伸强度σm逐渐降低,而常温和高温的延伸率mε逐渐增大,同时推进剂的物理交联密度逐渐减小。

DINA对含CL-20的复合改性双基推进剂性能影响

针对含六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的复合改性双基(CMDB)推进剂压强指数和摩擦感度较高的问题,采用对硝化棉(NC)增塑能力较强的吉纳(二乙醇硝胺二硝酸酯,DINA)作为辅助增塑剂,研究DINA对含CL-20的CMDB推进剂力学性能、燃烧性能和安全性能等的影响。结果表明,相较于使用3,4–二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)配方,添加DINA的含CL-20的CMDB推进剂延伸率和抗拉强度分别提高了14.8%和1.6%,β转变温度下降1.27℃,在中高压区(10~20MPa)的压强指数下降至0.28,摩擦感度和撞击感度也得到不同程度下降。

复合球形药对改性双基推进剂力学性能和燃烧性能的影响

将RDX、铝粉、催化剂等用硝化棉包覆,制成复合球形药,然后用这种复合球形药制备出改性双基推进剂,测试了这种推进剂的力学性能和燃烧性能。结果表明,采用复合球形药制备的改性双基推进剂比用双基球形药制备的改性双基推进剂的力学性能大幅度提高,低温断裂延伸率从7.84%提高到26.86%,高温最大拉伸强度提高了0.97倍,燃速压强指数从0.38降低到0.30。

不同压强下CL-20改性双基推进剂的能量释放规律

采用最小自由能法用REAL计算了不同压强下含CL-20、RDX、Al改性双基推进剂的比冲和燃烧温度,并分析了比冲随压强的变化规律。结果表明,随着压强的增加,推进剂在低压下比冲的提高幅度较大,高压下提高幅度较小。当压强由2.MPa增至4MPa时,含CL-20、CL-20/RDX、CL-20/A1改性双基推进剂比冲增幅大于6%;从18MPa增加到20MPa时,比冲的增值小于1%。与添加RDX相比,添加CL-20或Al后,推进剂在低压区的比冲随压强的增加增幅增大,说明添加CL-20或A1更有利于提高低压下推进剂的能量释放。

新型螺压高能改性双基推进剂研究

介绍了一种以螺旋压伸成型工艺制造的新型五组元(NC-NG-DNTF-HMX-Al)高能改性双基推进剂及其主要性能,重点讨论了推进剂研制的关键技术。研究结果表明:3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)以及球形铝粉、奥克托今(HMX)的成功应用使得改性双基推进剂的能量性能获得大幅度改善;含能安定剂N-甲基对硝基苯胺(PNMA)的应用研究使推进剂不仅获得了优良的化学安定性,更进一步提高了推进剂的能量;含能催化剂的研究既保证推进剂具有良好的燃速特性,又对提高推进剂能量做出了更进一步的贡献。研制成功的新型高能改性双基推进剂综合性能优良,推广应用前景良好。

细粒度AP的改性双基推进剂燃速预示模型

在一维气相稳态反应流模型的基础上,讨论了细粒度AP对改性双基(CMDB)推进剂燃速的影响,引入工艺粒度d*s,修正了AP对燃烧表面结构影响因子fAP和分解影响因子gAP,建立了适用于细粒度AP的CMDB推进剂燃速预示模型,该模型可从推进剂化学结构参数出发,定量计算AP-Al-CMDB推进剂的燃速。结果表明:在压强9.8～19.6MPa条件下,不同AP粒度和含量下的燃速计算结果和实验结果吻合较好,大部分误差在5.0%,检验了模型的可靠性,对推进剂配方研制具有较好的指导意义。

不同硝化棉黏合剂对改性双基推进剂力学性能的影响

采用动态热机械分析(DMA)法研究了以不同种类硝化棉(NC)为黏合剂的RDX-CMDB(黑索今-复合改性双基推进剂)的力学性能,获得了α和β松弛过程的黏弹系数和活化能,并与普通NC推进剂进行了对比。研究结果表明:采用新型改性NC后,推进剂的储能模量降低、损耗模量和tanδ(损耗角正切)的α松弛峰温下降,峰强度有所提高;改性NC对RDX-CMDB的高温动态力学性能影响明显(其自由体积分数增加,α松弛的活化能减小,断裂伸长率增大),但对β转变影响不大(其低温脆化参数基本不变,低温力学性能变化不大)。

炭黑对硝胺改性双基推进剂燃烧性能的影响

分析了在硝胺改性双基推进剂中炭黑对其燃烧性能的影响。实验结果表明，炭黑的加入可明显提高推进剂燃速，降低压力指数，增强铅铜复合催化剂的催化效果；不同品种的炭黑对推进剂燃烧特性的影响不同，从炭黑工艺技术指标及推进剂燃速结果来看，影响最大的是炭黑的粒径、DBP吸收值及吸附比表面积；同时针对不同发动机设计参数的需求，在能量不变的情况下，燃速大范围可调。

含RDX改性双基推进剂基础配方及其燃速探索

通过调节含RDX改性双基推进剂基本配方组分NC、NG、RDX百分含量的试验，系统地测试了基本配方组分变化对燃速的影响。加入铝粉、铅．铅复合催化剂试验进一步考察了燃速范围；分析了燃速特性；对降速原因进行了探讨。

基于海藻酸钠固化制备高氯酸铵–金属盐复合物的方法(CN107488088A)

高氯酸铵（AP）是复合推进剂、改性双基推进剂和NEPE推进剂中的主要氧化剂，可占到配方总质量的70％以上，有效氧含量高，密度大，与其他组分相容性好，气体生成量高，生成焓大，成本低等。