辅助增塑剂对AP-CMDB推进剂力学性能的影响

为解决高氯酸铵基复合改性双基(AP-CMDB)推进剂易出现高温过软、低温过脆的力学性能问题,研究了多种辅助增塑剂对AP-CMDB推进剂力学性能的影响。结果表明:固体辅助增塑剂吉纳(DINA)和1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)可明显改善AP-CMDB推进剂高温条件下(50℃)的力学性能;液体辅助增塑剂聚缩水甘油醚硝酸酯(PGLYN)、双叠氮乙二醇二乙酸酯(EGBAA)及三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)可提高AP-CMDB推进剂-40℃的力学性能。所选择辅助增塑剂中TNAZ和TMETN的增塑效果最佳。

炭黑对CMDB推进剂燃烧性能的影响

采用燃烧–靶线法分析了炭黑的种类、含量及粒径对复合改性双基(CMDB)推进剂燃烧性能的影响。结果表明:在压强为1~8MPa时,添加炭黑可以提高推进剂的燃速,Y1炭黑可以有效减小推进剂配方的压强指数;当Y1炭黑在推进剂配方中含量较低时,推进剂样品在压强为3~8MPa时具有平台燃烧特性,小粒径的Y1炭黑有利于推进剂配方压强指数的降低。

类球形超细AP在AP-CMDB推进剂中的应用

为了降低含超细AP的AP-CMDB推进剂的机械感度,将类球形超细AP加至CMDB推进剂中,通过扫描电子显微镜获得了推进剂的断面微观形貌;分别研究了类球形超细AP对推进剂密度、力学性能、燃烧性能和机械感度的影响。结果表明,类球形AP表面较光滑,在推进剂中分散较均匀,但与双基组分间存在部分界面脱粘现象;添加类球形超细AP对AP-CMDB推进剂的密度没有影响;可以有效提高推进剂的燃速,含类球形AP的AP-CMDB推进剂在10MPa时燃速从60.12mm/s提高至63.03mm/s;大幅降低推进剂的机械感度,特性落高(H50)提高了15.7cm,摩擦感度(P)降低了32%;但同时降低了推进剂的抗冲强度,-40℃时抗冲强度从5.22kJ/m^2降至4.12kJ/m^2,其原因与类球形AP的热分解性能、表面形貌、分散均匀性及与双基组分间的界面情况有关。

AP和铝粉对AP-CMDB推进剂燃烧性能的影响

通过测定推进剂不同压强下的燃速和压强指数，研究了高氯酸铵（AP）和铝粉的粒度及含量对AP-CMDB推进剂燃烧性能的影响。结果表明，减小AP粒度和增大铝粉粒度均能有效提高AP—CDMB推进剂的燃速，推进剂在10～20MPa压强范围内的燃速压强指数随AP和铝粉粒度的减小而明显增大；铝粉的质量分数低于14％时，调节不同比例的AP和铝粉含量对AP—CMDB推进剂的燃烧性能影响不明显，铝粉的质量分数高于14％时，由于铝粉燃烧不完全导致推进剂的燃速降低。

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。

碳纳米管对AP/CMDB推进剂燃烧性能和力学性能的影响

为了改善溶剂压伸法制备的高氯酸铵/复合改性双基(AP/CMDB)推进剂的燃烧性能和力学性能,采用差示扫描量热法(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)研究了碳纳米管(CNTs)对AP/CMDB推进剂主要组分热分解性能及AP/CMDB推进剂微观结构的影响,测试了含质量分数为0.1%、0.3%和0.5%CNTs的AP/CMDB推进剂的燃速和抗冲强度。结果表明,CNTs可以有效催化AP的热分解,使AP低温分解峰消失,高温分解峰温提前39.9℃,但对NC/NG双基组分的热分解影响不大;CNTs可以改善AP/CMDB推进剂的微观结构,添加0.5%CNTs的推进剂中无明显微裂纹;CNTs可以有效改善AP/CMDB推进剂的燃烧性能和力学性能,随着CNTs含量的增加,推进剂的燃速提高、压强指数降低,推进剂的抗冲强度增大;添加0.5%CNTs的AP/CMDB推进剂10 MPa下燃速为61.19 mm·s^(-1),10~22 MPa压强指数为0.51,-40℃下的抗冲强度为5.55 kJ·m^(-2)。

温度对薄壁管状AP-CMDB推进剂驱溶效果的影响

通过失重法研究了AP-CMDB推进剂在20、50和70℃时的失重规律,测试了50℃驱溶时不同失重率推进剂的燃速和抗冲击强度。结果表明,20、50和70℃时,推进剂分别放置约234、86和38.5h后质量趋于稳定;溶剂残留量驱除至极限值后,随着NG的挥发,推进剂的抗冲击强度和22MPa下的燃速降低;50℃驱溶时推进剂达到稳定状态的失重率为12.1%,NG的挥发损失对燃烧性能与力学性能的影响较小,适合薄壁管状AP-CMDB推进剂溶剂的快速驱溶。

改善AP-CMDB高燃速推进剂低温力学性能技术

探讨了溶剂压伸工艺成型压力和加入补强剂等技术对AP-CMDB高燃速推进剂的力学性能影响。研究结果表明,采用加入功能添加剂的方法,有效地提高了该推进剂的力学性能,可将-40℃的抗冲击强度由3.38kJ/m2提高到6.17kJ/m2,其它性能与原配方相比基本相当。该技术为解决此类推进剂毛刷式或悬壁梁式发动机装药低温工作易产生碎药问题及拓宽其应用领域奠定了技术基础。

工艺溶剂对AP/CMDB推进剂燃烧性能的影响

通过溶剂含量的测定,研究了AP/CMDB推进剂药柱工艺溶剂含量的分布规律,测试了不同工艺溶剂含量推进剂的燃速,采用单幅摄像系统拍摄了不同溶剂含量推进剂的燃烧波结构图片.结果表明,药柱内部至表面溶剂含量近似于线性分布;溶剂含量降低,溶剂浓度梯度下降,10 ～ 22 MPa推进剂燃速和燃速压强指数提高;溶剂含量降至1.1％以下,燃速趋于恒定.溶剂对AP/CMDB推进剂燃烧性能的影响机理为：溶剂的存在降低了推进剂的燃温和燃烧热值,减少了气相反应区向燃烧表面的反馈热量,使推进剂燃速降低.

高能浇铸AP/Al/CMDB推进剂的制备和性能

通过优化配方中AP和Al的质量百分比,设计并制备了一种於浆浇铸AP/Al/CMDB推进剂,并系统研究了推进剂的比冲、工艺等。研究表明,当扩张比为100∶1(p=10MPa)时,该推进剂的比冲高达2 637N.s.kg-1;工艺、力学和燃烧性能也较好,特别是压强指数较低(0.47,1～10MPa;0.37,10～20MPa);其感度和化学安定性可满足火箭发动机自由装填的要求。TG-DSC分析表明,这种推进剂的热重损失可分为三段,而在DSC曲线上仅能观察到两个热分解过程,而火焰分析表明,该推进剂的火焰仍为典型的扩散火焰。

AP-CMDB推进剂微观结构及药形尺寸对低温力学性能的影响

为研究溶剂压伸法制备的AP-CMDB推进剂低温发动机试验易产生碎药的原因,采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察了AP-CMDB推进剂样品的微观结构;通过测试样品的线膨胀系数,研究了AP颗粒与黏合剂体系的线膨胀匹配性;讨论了药形尺寸对推进剂低温抗冲强度的影响。结果表明,溶剂压伸法制备的APCMDB推进剂药柱中存在大量微孔和少量微裂纹,AP颗粒团聚明显,Al颗粒与黏合剂体系间出现严重的界面脱粘;AP颗粒与黏合剂体系间的线膨胀匹配性较差;壁厚1.5mm的单孔管状药柱的低温(-40℃)抗冲强度低于壁厚4.5mm的,套管结构药柱的低温(-40℃)抗冲强度低于单孔管状药柱的。AP-CMDB推进剂低温碎药的形成与其微观结构、力学性能及药形尺寸有关。

AP／CMDB推进剂的成型工艺

叙述了用溶剂压伸，溶剂无溶剂压伸，无溶剂压伸和浇铸工艺成型ＡＰ／ＣＭＤＢ推进剂的条件，比较了各种工艺的优缺点。

GAP对NG分子间相互作用及CMDB推进剂感度的影响

通过构建NG、GAP及GAP/NG共混体系模型,采用分子动力学模拟方法,对GAP/NG体系分子间作用力、分子间径向分布函数及O-NO_2键长分布变化进行了分析;分别用理论和实验方法研究了GAP对NG分子间相互作用和CMDB推进剂机械感度的影响。结果表明,在GAP存在条件下,NG分子间作用力明显减弱,从而减小了受外界刺激时NG分子间的内摩擦;GAP塑化后使整个体系产生明显的黏弹性,可以在NG体系受到冲击作用时起到一定缓冲作用;GAP使NG分子中O-NO_2的平均键长和最大键长分别从1.74nm和1.77nm,降低至1.65nm和1.71nm,从而使O-NO_2键在受到外界刺激时更难断裂;添加质量分数3%GAP的HMX-CMDB推进剂的撞击感度H_(50)由18.5cm提高至30.2cm,摩擦感度P由76%降至52%,表明GAP可以有效降低CMDB推进剂的机械感度。

AP-CMDB 推进剂稳态燃烧性能计算研究

建立了一个ＡＰ－ＣＭＤＢ推进剂稳态燃烧模型。该模型可用于ＡＰ－ＣＭＤＢ推进剂和经典双基推进剂燃速特性的模拟计算，其计算结果与文献值相符合，说明该模型是合理、可行的。ＡＰ－ＣＭＤＢ推进剂计算结果表明，ＡＰ粒径减小，ＡＰ含量增加，推进剂燃速升高；而含能粘结剂——ＤＢ母体的含能程度越高，即ＮＧ含量增加，或ＮＣ的硝化度加大，都有利于提高推进剂的燃速。

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 。

含LLM-105无烟CMDB推进剂的燃烧性能

采用燃速-靶线法研究了2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物（LLM-105）的含量和粒度、不同复合燃烧催化剂（A-Pb/A-Cu/CB、B-Pb/B-Cu/CB、C-Pb/C-Cu/CB）及辅助增塑剂（三醋酸甘油酯（TA）、邻苯二甲酸二乙酯（DEP））对含LLM-105无烟复合改性双基（CMDB）推进剂燃烧性能的影响。结果表明,随着LLM-105含量的增加,不同压强下推进剂的燃速均有明显降低,添加质量分数25%的LLM-105可使10MPa下推进剂的燃速下降达53.3%;粗颗粒LLM-105降低推进剂燃速的效果优于细颗粒,用粗颗粒LLM-105替代等量细颗粒LLM-105,可使不同压强下推进剂的燃速降低,10MPa下推进剂的燃速降低1.5mm/s;添加C-Pb/C-Cu/CB催化剂,推进剂在6～18MPa下的压强指数由0.43降至0.25。用TA替代DEP,可降低推进剂的燃速及压强指数。

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。

铝粉含量对CL-20/Al-CMDB推进剂燃速的影响

为了研究铝粉含量对含CL-20改性双基推进剂燃烧性能的影响,采用静态燃速仪测试了CL-20/Al-CMDB推进剂的燃速,拟合了燃速公式并分析了CL-20/Al-CMDB推进剂的燃烧过程及铝粉对燃速的影响。结果表明,6~10MPa下推进剂的燃速与铝粉含量的平方(w^2_(Al))呈相互平行线性关系,10~16MPa下速率常数(k)在一条直线上,说明CL-20/Al-CMDB推进剂的燃烧反应速度仅与Al的含量有关;进一步分析燃烧表面暗区Al表面积大小对推进剂燃速的影响,发现4~11.5MPa时Al在暗区吸热导致燃速下降,11.5~16MPa下Al在火焰区燃烧产生的热量对暗区的热反馈抵消了其吸收的热量,使燃速增加;Al在燃烧表面的吸热过程对燃速的影响因素定义为Al的惰性热稀释。

用键合剂改善硝胺CMDB推进剂的力学性能

讨论了脱湿对硝胺CMDB推进剂力学性能的影响和脱湿机理,总结了改善硝胺CMDB推进剂力学性能的各种技术途径,认为键合剂是增强硝胺CMDB推进剂界面粘接、提高力学性能的有效和现实的技术途径,综述了键合剂的主要种类及其最新应用研究进展;分析了键合剂在硝胺CMDB推进剂中应用的难点和键合剂选择原则,表明在硝胺CMDB推进剂中应用键合剂是必要和可行的。

铝粉含量及粒径对CMDB推进剂性能的影响

研究了Al粉的含量以及纳米级Al粉(粒径<100nm)和普通Al粉(粒径12～15μm)对浇铸复合改性双基(CMDB)推进剂能量性能、燃烧性能的影响,并探讨了该类推进剂的燃烧机理。结果表明,随着Al粉含量的增大,CMDB推进剂的能量提高,Al粉的最佳添加量为8%;当普通粒径Al粉与纳米Al粉以1:1级配时,CMDB推进剂低压段燃速大幅提高,7～15MPa压强范围内的压力指数降至0.45以下。