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%。

AP/HTPB推进剂微尺度燃烧特性的数值分析

为研究高氯酸铵/端羟基聚丁二烯(AP/HTPB)固体推进剂颗粒的微尺度燃烧特性,基于气固耦合,采用简化的两步总包化学反应动力学机理,建立了二维周期性三明治定常燃烧模型,采用FLUENT软件,数值分析了AP/HTPB的微观燃烧特性。结果表明,AP体积分数为0.75条件下,低压(<0.4 MPa)时,AP/HTPB燃烧的总体火焰以预混燃烧为主,AP燃速低于HTPB燃速,随着压力升高,大于2.5 MPa时,火焰呈扩散结构,AP燃速高于HTPB燃速;压力越高,气相对固相的热反馈越强,耦合面上的温度和燃烧速率越高。气相的体积释放速率随着压力的增加而增加,放热区域收缩,相连的两个放热核心区分裂为两个独立的放热核心区。当燃烧压力不变(2.5 MPa),AP体积分数为0.7~0.95时,AP含量越小,则一个周期三明治单元中粘合剂HTPB的宽度相对越大,火焰面趋于分裂为两个狭长带状火焰面,温度随之递增。

亚大气压下AP/HTPB微尺度稳态燃烧的数值模拟

为研究亚大气压下高氯酸铵/端羟基聚丁二烯(AP/HTPB)的燃烧特性,采用三步反应动力学机理,建立二维三明治模型,耦合气固两相;对20~80kPa下AP/HTPB的微尺度燃烧进行模拟,并与高压下(4MPa)AP/HTPB燃烧特性差异进行对比。结果表明,亚大气压下BDP模型中第一步反应靠近燃面,放热量较大,在AP/HTPB推进剂燃烧过程中占主导地位;燃烧环境压强不同,导致火焰的特性不同,亚大气压下火焰中扩散与混合过程共存,高压下为扩散火焰;相比于高压,亚大气压火焰离燃面远,面积大;由于高低压下放热区域及放热率差异导致气固相温度分布不同,从而影响燃面形状,亚大气压下AP与HTPB交界处相对于整个燃面突出,而高压下交界处相对于整个燃面凹陷。

构建AP-HTPB固体推进剂松弛模量主曲线的不同方法（英文）

分析了建立高氯酸铵-端羟基聚丁二烯(AP-HTPB)固体推进剂松弛模量主曲线的三种不同方法(Williams-Landel-Ferry(WLF)方法、Arrhenius方法和基本的时间-温度叠加(TTS)方法)。通过不同温度(-40,+20,+76℃)和10%常应变下1380s的应力松弛试验得到了复合固体推进剂松弛模量。通过评估松弛模量,给出转移因子和松弛模量主曲线,最后通过确定系数(R^2)得出了最佳的拟合方法。结果表明,基本TTS方法可给出最佳拟合曲线,因为该方法不依赖外部材料常数和应用中的经验方程,而且该方法可以适用于任何黏弹性材料。但是,在应用有限元软件时,经常要求用材料常数来定义非线性黏弹性材料模型,这种情况下,目前研究结果表明,当给出合适的常数后,WLF和Arrhenius两种方法均可给出满意的结果,而且WLF方法更为准确,因此在AP-HTPB固体推进剂有限元分析中倾向于采用这种方法。

溶胀/溶解法回收HTPB推进剂中AP组分的实验研究

采用溶胀/溶解法回收报废HTPB推进剂中的AP。研究了浸取时间、浸取温度、四氢呋喃质量分数、液料比(四氢呋喃溶液体积与HTPB推进剂的质量比)、试样厚度及搅拌速率对AP回收率的影响。通过扫描电镜、X射线能谱仪对回收得到的AP进行表征,并对其纯度进行了检测。结果表明,AP的最佳回收工艺参数为:浸取时间6h、浸取温度60℃、四氢呋喃质量分数80%、液料比10∶1(mL/g)、试样厚度3mm、搅拌速率500r/min。其中,浸取时间、浸取温度和四氢呋喃质量分数对AP回收率的影响较大。在最佳工艺条件下,AP的回收率为95.0%,纯度为96.1%,表明此方法可用于报废HTPB推进剂中AP组分的回收。

超声空化-表面活性剂水溶法提取RDX/Al/AP/HTPB炸药中的AP

为了对RDX/Al/AP/HTPB炸药的有效成分进行分离回收,研究了以超声空化-表面活性剂水溶法提取RDX/Al/AP/HTPB炸药中高氯酸铵(AP)的分离工艺,探讨了各工艺参数对AP提取率的影响。结果表明,表面活性剂浓度、提取时间和超声频率是影响AP提取率的主要因素,表面活性剂种类为次要因素,料液质量比和提取次数对AP提取率的影响很小。最佳工艺条件为:室温,提取时间40min,料液质量比1∶3,提取次数1次,超声功率3.0kW,表面活性剂为吐温80(质量分数2.0%)。

旋转条件下AP/HTPB二维火焰结构的数值分析

为了研究底排推进剂高氯酸铵/端羟基聚丁二烯(AP/HTPB)旋转条件下微尺度燃烧特性,建立了AP/HTPB二维周期性三明治定常旋转燃烧模型,气相采用两步总包反应,耦合气固热边界层,拟合旋转动量,并对燃烧压力为0.1～5 MPa,转速0～10800 r·min^(-1)条件下的二维火焰结构进行了数值模拟。结果表明,转速在10200 r·min^(-1)的工况下,当燃烧压力为0.1～0.5 MPa时,火焰呈预混燃烧特性;当燃烧压力为0.5～3.5 MPa时,火焰呈现扩散、预混燃烧双重特性;当燃烧压力大于3.5 MPa时,形成狭长的扩散化学反应带。分别针对不同燃烧压力和不同转速下的稳态燃烧过程进行了数值分析,得知气相火焰偏转角与压力呈线性正相关;转速在0～10200 r·min^(-1)之间时气相火焰偏转角与转速呈线性增长,但是当转速在10200～10800 r·min^(-1)时,气相火焰偏转角与转速近似呈指数增长。燃面平均雷诺数的变化趋势与气相火焰偏转角度基本一致,因此可以通过燃面平均雷诺数来描述旋转与压力对气相火焰偏转角度的影响。

Ⅰ类AP初始缺陷对丁羟推进剂力学性能的影响

分别以两种Ⅰ类高氯酸铵(AP)为氧化剂,采用立式混合及真空喷淋浇注工艺制备了两种丁羟推进剂(HTPB);采用扫描电镜(SEM)研究了AP的微观形貌及HTPB推进剂的拉伸断面;探讨了推进剂在拉伸过程中的破坏机理;考察了不同形貌的AP在常温(20℃)和低温(-40℃)下对HTPB推进剂单向拉伸力学性能的影响。结果表明,有初始微观形貌缺陷的Ⅰ类AP局部有微裂纹或明显的突出点,且该类AP所制备的推进剂"脱湿"现象严重;拉伸断面出现AP的穿晶断裂现象,使得推进剂在常温(20℃)下的抗拉强度由0.99MPa降至0.88MPa,延伸率由48.2%降至36.6%;低温(-40℃)下的抗拉强度由2.86MPa降至2.32MPa,延伸率由62.5%降至23.5%。

底排推进剂瞬态泄压工况下的燃烧失稳特性

为研究AP/HTPB底排推进剂在瞬态泄压条件下的燃烧失稳特性,设计并搭建了可视化半密闭燃烧模拟实验系统,捕获到瞬态泄压条件下AP/HTPB底排推进剂的持续燃烧、快速复燃、缓慢复燃和熄火4种特征燃烧行为,并获得了燃烧过程中压力和温度的变化规律.结果表明,AP/HTPB底排推进剂的燃烧行为与燃烧室泄压前最大压力、最大降压速率以及熄火前燃烧时间密切相关.泄压前最大压力越大或降压速率越小,燃烧稳定性越好;熄火前燃烧时间越长,越有利于复燃.

不同AP颗粒尺寸与含量对AP/HTPB亚大气压下燃烧特性影响的数值分析

为研究不同AP体积分数及AP颗粒尺寸在亚大气压环境下对AP/HTPB底排药剂的燃烧特性影响,建立了AP/HTPB二维微尺度物理模型,采用BDP燃烧模型来模拟气相燃烧。在亚大气压环境下对AP/HTPB燃烧进行数值模拟,分析了AP体积分数在0.76~0.88以及AP颗粒半径分别为40μm,80μm,120μm时对AP/HTPB燃烧特性影响。结果表明:AP半径为80μm时,第一步反应的核心放热区面积随着AP体积分数增加而减小,AP体积分数在0.84时燃速达到最大。AP含量不同将导致燃面形状发生变化,AP体积分数增大,HTPB将出现明显凹陷;在同一AP体积分数时,AP颗粒尺寸越大,燃速越慢。AP颗粒尺寸不同,燃速达到最大值时AP的体积分数也不同,AP颗粒半径为40μm时,燃速达到最大值时AP的体积分数为0.86,AP颗粒半径为120μm时,燃速达到最大值时AP的体积分数为0.78,随着AP颗粒半径的增大,在对应半径下达到最大燃速时需要的AP含量下降。

报废HTPB固体推进剂中AP组分的提取工艺因素研究

为提高报废HTPB固体推进剂中高氯酸铵(Ammonium Perchlorate,AP)的提取率,采用先溶胀再提取的方法对HTPB固体推进剂中AP组分的提取工艺进行了研究,探讨了超声因素对CHCl_3溶胀HTPB固体推进剂的影响,分析了提取时间、提取温度、试样厚度和液料比对AP提取率的影响规律,并对提取结果进行了表征。结果表明:超声作用使得CHCl_3对HTPB固体推进剂的溶胀效果显著增强,与非超声溶胀相比,溶胀增长比增加了20.6%;经超声溶胀后,HTPB固体推进剂中AP的最佳提取工艺参数为提取温度55℃,提取时间4 h,液料比7.5∶1,试样厚度3 mm;最佳提取工艺条件下AP的提取率为95.6%,纯度为96.8%。