未固化AP/Al/HTPB推进剂燃速预示法——DSC法

研究了未固化推进剂的燃速预示方法 ,用DSC法 (差示扫描量热法 )研究了多种AP/Al/HTPB推进剂的常压热分解特性。根据BDP燃烧模型 ,考察了推进剂的燃速与热分解参数的关系 ,提出了未固化推进剂燃速的预示方法。实验结果表明 ,用DSC法可较准确地预示未固化推进剂的燃速 ,并成功预示了某配方的基础燃速。

含BUTACENE的AP/Al/HTPB推进剂性能研究

测试了含BUTACENE的AP/Al/HTPB推进剂的常规性能,考察了BUTACENE在推进剂中对燃速、力学性能和粘度的影响,并用差示扫描量热法(DSC)研究了推进剂的热分解特性。研究表明:BUTACENE能有效地提高推进剂的燃速,同时使推进剂表现出优良的力学性能和工艺性能;BUTACENE促使AP的高温分解温度降低和推进剂表观分解热的增大,催化气相反应是它提高推进剂燃速的主要原因。

纳米碳酸盐催化剂对AP／Al／HTPB推进剂性能的影响

研究了纳米碳酸盐催化剂对AP/Al/HTPB推进剂的燃速压强指数、爆热和力学性能等的影响。结果表明:纳米催化剂对推进剂在高压强(10～18MPa)和低压强(4～10MPa)段的燃烧性能的影响差别较大,但压强指数都能降低到0.2以下,均达到平台推进剂水平;而且随着纳米催化剂含量增多,推进剂的燃烧效率更充分,爆热也有一定程度的增加;但是,纳米催化剂对推进剂的力学性能、工艺性能却有一定程度的影响。确定了纳米碳酸盐催化剂在推进剂中配比为0.5%～1%之间。

AP级配及含量对HTPB固体推进剂界面约束作用影响机理研究

复合固体推进剂是一种含能非均质颗粒填充材料,其基体聚合物分子通过物理缠结及氢键作用吸附于填料表面,产生基体-填料界面相互作用,这种相互作用使基体聚合物交联网络分子的运动受到限制。以高氯酸铵(AP)级配及含量不同的端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂为研究对象,通过动态力学试验、溶胀试验、单向拉伸试验、循环拉伸试验,探究了AP级配及含量变化引起的HTPB固体推进剂界面约束作用差异,并探究其对推进剂结构及性能的多维度影响。结果表明:随着细粒度AP含量及AP总含量的提高,约束区域占比增加,基体交联网络分子受限作用增强,HTPB固体推进剂界面相互作用提高,单向拉伸状态下的推进剂强度、模量提高,伸长率下降;循环载荷作用下,约束作用则提高了能量耗散过程,加剧HTPB固体推进剂疲劳损伤进程。

少烟HTPB/AP/RDX/Al推进剂比冲效率分析

对少烟 HTPB/ AP/ RDX/ Al推进剂能量性能进行了理论计算 ,通过 BSFФ 16 5和Ф315试验发动机试验 ,考察了试验发动机类型、工作压力对比冲效率的影响 ,而且与高铝含量 HTPB/ AP/ RDX/ Al推进剂的比冲效率进行了比较。结果表明 :铝含量对推进剂的比冲效率有显著的影响 ,低铝配方的比冲效率比高铝配方的比冲效率相对要高些 ;对于推进剂组分确定的配方 ,合适选择发动机的工作压力 ,可以不同程度地提高比冲效率 ;对于同一类型推进剂配方 ,通过计算理论比冲 ,结合比冲效率水平 ,可以对实际比冲进行有效的预估。

燃速调节剂对RDX/AP/HTPB推进剂热分解的影响

利用高压差示扫描量热法 (DSC)研究了含不同燃速调节剂 (亚铬酸铜、草酸铵、碳纤维 )的RDX AP HTPB推进剂热分解性能 ,研究发现 ,调速剂对推进剂燃速的影响与其对推进剂主要组分 (RDX、AP和HTPB)峰温、推进剂初始放热量的影响密切相关。燃烧催化剂亚铬酸铜和碳纤维使RDX、AP的分解峰温降低 ,使推进剂的初始分解阶段放热量增大 ,分解放热峰增多 ,故导致推进剂燃速增加 ,而草酸铵使RDX的分解峰温升高 ,使推进剂的初始分解阶段放热量降低 。

纳米NiO/CNTs和Co_3O_4/CNTs对AP及HTPB/AP推进剂热分解的影响

以碳纳米管(CNTs)为载体,采用化学沉淀法制备了纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子,应用TEM、SEM、XRD、EDS、BET等方法对产物形貌、结构进行了表征,并用DSC研究了纳米N iO、Co3O4、CNTs等单一粒子及纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子对AP及HTPB/AP推进剂热分解的催化作用。结果表明,纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子结晶好、包覆均匀、比表面积大。纳米N iO、Co3O4、CNTs等单一粒子和纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子均能使AP及HTPB/AP推进剂热分解的高温分解峰温降低、表观分解热增加,表现出良好的催化性能。相比而言,纳米复合粒子的催化性能均优于其相应单一组分,表现出良好的正协同作用。复合粒子中以Co3O4/CNTs复合粒子的催化效果最为显著,使AP和HTPB推进剂的高温分解峰温降低了153.06℃和60.0℃,使总表观分解热分别增加了1 163 J/g和920 J/g。

纳米Cu/CNTs对AP/HTPB推进剂热分解与燃烧的催化研究

以碳纳米管为载体,采用液相还原沉积法制备了纳米Cu/CNTs复合催化剂,并用SEM、XRD和XPS对其结构和成分进行了表征。研究了纳米Cu/CNTs对AP/HTPB推进剂热分解和燃烧过程的催化作用,结果表明:纳米Cu/CNTs能显著降低AP/HTPB推进剂的热分解峰温,并使总表观分解热明显增大,且对AP/HTPB推进剂燃烧有良好的催化效果,能显著提高推进剂的燃速,降低压强指数。初步探讨了纳米Cu/CNTs催化AP/HTPB推进剂热分解和燃烧过程的作用机理。

二茂铁功能化SBA-15的制备及其对AP/HTPB固体复合推进剂燃烧催化作用研究

二茂铁(Fc)及其衍生物是AP/HTPB固体复合推进剂的有效燃速催化剂,但在推进剂中的迁移始终是其应用的最大障碍。将二茂铁通过缩合反应接枝到介孔材料SBA-15的表面,制备了一种低迁移催化剂Fc-SBA-15。X射线衍射和N2吸附-脱附实验表明,Fc均匀致密地固定在了SBA-15的内外表面,Fc的负载没有对SBA-15的介孔结构造成破坏。改进的迁移性实验表明,制备的Fc-SBA-15复合材料是一种低迁移的催化剂。Fc-SBA-15对AP的热分解与AP/HTPB推进剂的燃烧具有较好的催化效果,添加2%的Fc-SBA-15使AP的高温热分解峰温度降低64℃,使AP/HTPB固体复合推进剂的燃速提高43%,压强指数下降30%。

RDX/AP/HTPB推进剂热分解特性研究

利用高压差示扫描量热仪 (PDSC)研究了RDX/AP/HTPB推进剂系列配方的热分解性能 ,发现配方组分的改变对RDX/AP/HTPB推进剂的热分解性能有影响 ,突出表现在RDX/AP/HTPB推进剂中RDX分解峰变宽 ,AP放热分解效应增强。推进剂中添加Al粉后 ,RDX的分解受到抑制 ,而AP的分解却得到增强。

纳米Ni/CNTs对AP/HTPB推进剂热分解及燃烧性能的影响

采用化学液相沉淀法制备了纳米Ni/CNTs复合催化剂,用SEM、XRD、XPS对纳米Ni/CNTs的形貌、微观结构、组成进行了表征,采用DSC研究了其对AP和AP/HTPB推进剂热分解的催化性能,并考察了纳米Ni/CNTs对AP/HTPB推进剂燃速和压强指数的影响。结果表明,纳米Ni能够均匀包覆在CNTs表面,纳米Ni/CNTs可显著降低AP及AP/HTPB推进剂的热分解峰峰温,使AP及AP/HTPB的总表观分解热明显增大,并能有效提高AP/HTPB推进剂的燃速和降低其压强指数。相同量的纳米Ni/CNTs、纳米Ni和纯CNTs进行对比,纳米Ni/CNTs具有更好的催化性能,表现出较好的正协同催化效应。

AP/HTPB复合推进剂燃烧的详细化学动力学建模(英文)

采用详细化学动力学机理,为AP/HTPB复合推进剂的燃烧建立了模型。该模型包含2个步骤:前一个是数据准备阶段,后一个是求解阶段。模型中包含了完整的固相、凝相和气相三相反应机理,其中气相反应机理由37个组分和127个反应步组成。为了提高模型的求解效率,用于评估化学反应的先进算法ISAT也被应用。最终,通过与试验结果的比较可看到,所建模型是可靠和精确的,并优于以往模型。

树枝状纳米钴微晶对AP/HTPB推进剂性能的影响

采用化学还原法制备了纳米钴微晶,采用XRD、SEM、TEM和EDAX对产物进行了表征。结果表明,纳米钴微晶呈树枝状、结晶度高、颗粒尺寸均匀。运用DTA分析研究了纳米钴微晶对AP和AP/HTPB推进剂分解的催化性能及对AP/HTPB推进剂燃烧性能的影响。结果显示,纳米钴微晶对AP热分解有着极强的催化活性,对降低AP/HTPB推进剂压强指数有着较好的效果。

含微米级AP的HTPB推进剂工艺性能和力学性能

制备了含微米级AP（质量分数大于50%）的HTPB推进剂药浆和标准试件,利用流变仪测试了＋20℃和-40℃时药浆的表现黏度,用材料试验机测试了标准试件的力学性能,讨论了增塑比、AP粒度级配、键合剂等对HTPB推进剂工艺性能和力学性能的影响。结果表明,当增塑比为0.42、AP粒度级配采用25%的120μm AP、30%的6-8μm AP和20%的1μm AP时,推进剂样品6h的表观黏度为1 267Pa·s,低温延伸率达到38%。

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。

纳米金属粉对AP及AP／HTPB推进剂热分解的催化性能研究

用热分析法研究了纳米金属粉(Ni、Cu和Al)对高氯酸铵(AP)以及AP／HTPB推进剂热分解的催化性能。结果表明，质量分数为5％的纳米镍粉、铜粉和铝粉可以明显降低AP的高温分解温度，显示出对AP高温分解反应很好的催化活性；纳米铜粉对AP的低温分解也有很好的催化作用，而纳米镍粉和铝粉却表现出对AP低温分解反应具有一定的阻碍作用。微米级金属粉对AP高温分解反应的催化作用明显小于纳米金属粉。纳米金属粉对AP／HTPB推进剂的热分解同样具有一定的催化效果。

AP/HTPB复合推进剂用纳米Co粉的制备

以CoCl2.H2O和水合联氨(N2H4.H2O)为主要原料,采用化学还原法制备了纳米Co粉。在不同工艺条件下制备了树枝状纳米Co粉和球形纳米Co粉,用TEM和XRD对产物进行了表征,同时用DTA测试了加入球形纳米Co粉后AP的热分解性能。结果表明,反应介质的黏度和分散剂性质对纳米Co粉粒度及形貌影响较大,在最佳工艺条件下制备了颗粒尺寸均匀、粒度为50～60nm的球形纳米Co粉;球形纳米Co粉能使AP热分解反应的高温分解峰温度显著下降;添加质量分数2%的球形纳米Co粉,复合推进剂的燃速明显提高,压力指数大幅降低。

高燃速HTPB/IPDI推进剂低温力学性能研究(Ⅰ)细AP及工艺助剂PA的影响

研究了细粒度 AP及工艺助剂 PA含量对丁羟高燃速推进剂低温 (-4 0℃ )力学性能的影响 ,结果显示 :大量细粒度AP加入高燃速配方中 ,一方面加剧了单向拉伸过程中填料 (主要是细 AP)颗粒附近的应力集中 ;另一方面降低了填料 /粘合剂间的粘结强度 ,是造成低温力学性能偏低的主要原因。由于工艺助剂 PA极性及刚性 ,使得它易于富集于填料表面 ,低温下降低了界面层的柔性 ,物理作用也极大地束缚了填料附近粘合剂网络的分子运动 ,因此 ,它在改善工艺性能的同时 ,对推进剂低温力学性能有不利影响。

AP/HTPB复合底排推进剂初温对弹丸落点散布的影响

为了定量分析AP/HTPB复合底排推进剂初温对弹丸落点散布的影响,引入了AP/HTPB复合底排推进剂燃速初温敏感因子(σp)。鉴于AP颗粒对底排推进剂燃速起主导作用,计算分析了Glick、Kubota及BDP三种模型AP颗粒初温敏感因子模型的结果。底排装置内工作压力接近0.1MPa且变化不大,故取常值σp=0.43%/K。针对某155mm底排弹,通过建立其内弹道及6D外弹道模型并联立求解,计算了底排推进剂初温对弹丸落点散布的影响,发现射程对温度的敏感因子约为8.22m·K-1,侧偏对温度的敏感因子约为0.447m·K-1,射程随初温的变化率与文献值比较接近,误差为12%。

短切碳纤维对AP/HTPB底排推进剂力学性能的影响

为了提高高氯酸铵(AP)/端羟基聚丁二烯(HTPB)底排推进剂的力学性能,在原始AP/HTPB底排推进剂配方中添加质量分数分别为0.3%和0.5%的2 mm短切碳纤维。对含短切碳纤维的AP/HTPB底排推进剂进行静态单轴拉伸、压缩性能实验。用扫描电镜(SEM)进行试件断裂面微观分析。实验结果表明:添加质量分数为0.3%和0.5%的2 mm碳纤维的AP/HTPB底排推进剂的拉伸强度分别提高了11.7%和33.0%,压缩强度分别提高2.1%和7.8%。短切碳纤维分布在HTPB基体中。短切碳纤维与HTPB基体的黏结性能良好。新型含短切碳纤维的AP/HTPB底排推进剂的破坏主要由AP颗粒脱粘引发。短切碳纤维对HTPB基体中微裂纹的发展有抑制作用。显示短切碳纤维是良好的AP/HTPB底排推进剂的增强体。