含金属氢化物的p(BAMO-AMMO)基推进剂能量特性

为了考察金属氢化物(MH)对3,3-二叠氮甲基氧杂环丁烷(BAMO)与3-甲基-3-叠氮甲氧基氧杂环丁烷(AMMO)嵌段共聚物p(BAMO-AMMO)基推进剂的能量特性影响,设计了高氯酸铵(AP)、MH、p(BAMO-AMMO)组成的三组元推进剂配方体系,计算了用不同的MH逐步取代AP时的标准理论比冲变化规律,同时计算并比较了含六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的四组元p(BAMO-AMMO)基推进剂配方体系的标准理论比冲。研究发现AlH3对提升推进剂能量效果最为明显,以其取代25%(质量分数)AP的三组元推进剂和取代20%(质量分数)AP的四组元推进剂能量分别达到最高值(2764.9 N·s/kg和2829.3 N·s/kg);当AlH3完全取代某实际推进剂配方中的Al时,推进剂的标准理论比冲提高了5.1%。     

少烟PBT推进剂制备及性能研究

为获得少烟且高能量的复合固体推进剂，使用含能PBT黏合剂，制备了铝粉质量分数为5%的PBT叠氮三组元推进剂，研究了推进剂的能量、燃烧及力学性能。结果表明，推进剂在固体质量分数78%时能量和工艺性能最优，使用φ118标准发动机测试能量比冲达246.4 s；压强指数随燃速铜铬催化剂RC和增塑剂ATC用量的增加而降低；燃烧速度随RC和超细高氯酸铵AP用量的增加而升高；固化参数或键合剂用量增加后，推进剂抗拉强度升高、伸长率降低。制备的少烟叠氮配方综合性能良好，可供高性能少烟推进剂装药。     

含有5-氨基四唑的GAP/AN基推进剂的研究

为探索5-氨基四唑(5-AT)对推进剂性能的影响,采用浇铸工艺制备了含5-AT的聚叠氮基缩水甘油醚/硝酸铵(GAP/AN)基推进剂试样,通过最小自由能法计算了其能量性能,通过静态力学拉伸试验测试其力学性能,通过靶线法表征其燃烧性能,并测试了其机械感度。结果表明,5-AT的加入可以显著提高燃气中N_2的生成量,但当GAP/增塑剂(A3)的含量较大时,理论比冲及爆温均随着5-AT含量的增加逐渐减小;与GAP/AN推进剂相比,添加质量分数为10%的5-AT后,推进剂的燃速压力指数显著降低0.2,9 MPa下燃速提高了15.3%;推进剂断裂伸长率增加,但拉伸强度下降了57.7%,且机械感度升高。     

BAMO-AMMO三嵌段共聚物的间接法合成及表征

以3,3′-双溴甲基环氧丁烷(BBMO)和3-溴甲基-3’-甲基环氧丁烷(BrMMO)为单体,通过活性顺序聚合法合成了BBMO-BrMMO三嵌段共聚物,并采用相转移催化法实现了3,3′-双叠氮甲基环氧丁烷-3-叠氮甲基-3′-甲基环氧丁烷(BAMO-AMMO)三嵌段共聚物的间接法合成。探讨了溶剂的选择及叠氮化反应时间的影响:选用极性和溶度参数接近的异亚丙基丙酮为溶剂,24 h后叠氮化率为99.97%。通过核磁共振(13C-NMR)和凝胶渗透色谱(GPC)对所得产物进行了表征,结果表明,共聚物组成接近于1∶1,分子量7053,分子量分布1.47。     

固体推进剂用粘合剂的改性研究进展

概述了国内外固体推进剂3种常用粘合剂硝化纤维素(NC)、端羟基聚丁二烯(HTPB)和叠氮缩水甘油聚醚(GAP)的改性研究进展;探讨了改性研究中存在的问题和今后的发展前景,为该领域科研人员进一步研究开发改性粘合剂材料以及研制高性能固体推进剂提供参考。     

PBAMO-GAP-PBAMO三嵌段共聚物的制备及表征

以三氟化硼四氢呋喃络合物(BF_3·THF)为催化剂,用端羟基聚环氧氯丙烷(PECH)大分子引发3,3-双氯甲基氧杂环丁烷(BCMO)开环聚合得到三嵌段共聚醚,再经过叠氮化反应得到聚3,3-双叠氮甲基氧杂环丁烷-聚叠氮缩水甘油醚-聚3,3-双叠氮甲基氧杂环丁烷(PBAMO-GAP-PBAMO)三嵌段共聚物。采用红外光谱、核磁共振碳谱、凝胶渗透色谱和差示扫描量热分析等对产物的结构和性能进行了测试和表征。对聚合反应和叠氮化反应的条件进行了研究,结果表明,聚合反应时间为8 h、PECH与BCMO的质量比为1∶2,并以N,N-二甲基乙酰胺作叠氮化反应溶剂时,得到的聚合产物相对分子质量可达6242,叠氮取代率达98.2%;产物的玻璃化转变温度为-46.1℃,热分解温度为235. 1℃。     

GAP/PET聚氨酯粘合剂胶片的制备及其性能研究

为改善聚叠氮缩水甘油醚(GAP)推进剂的力学性能,选用链段柔软的环氧乙烷/四氢呋喃共聚醚(PET),采用三羟甲基丙烷(TMP)为交联剂,异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为固化剂,与GAP制备聚氨酯粘合剂胶片.实验结果表明:在R为1.9,GAP:PET:TMP羟基比为1:1:3条件下,粘合剂胶片拉伸强度为3.29MPa,延伸率为625.07%.粘合剂胶片经硝化甘油/一缩二乙二醇二硝酸酯增塑后,其力学性能变化较大.在增塑比为0.5～2.1范围内,增塑胶片的Tg符合方程:Y=-77.60233+36.45135exp(-x/0.055019).     

BAMO-AMMO粘合剂胶片的制备与性能

以3,3-双叠氮甲基环氧丁烷-3-叠氮甲基-3-甲基环氧丁烷(BAMO-AMMO)无规共聚物为预聚物,甲苯二异氰酸酯(TDI)和1,4-丁二醇(BDO)为固化剂,三羟甲基乙烷(TME)为交联剂,制备了BAMO-AMMO/TDI/BDO/TME含能粘合剂胶片,并进行了力学性能、溶度参数、DSC和DMA的表征。在TME的质量分数为(TME+BDO)的30%时,胶片的拉伸强度可达6.34 MPa,延伸率为475%。BAMO-AMMO胶片与硝酸酯类增塑剂的溶度参数相近,具有良好的相溶性。随着TME含量的增大,胶片的玻璃化转变温度依次为-33.52℃(w(TME)=10%),-32.37℃(w(TME)=20%),-31.25℃(w(TME)=30%),-31.81℃(w(TME)=40%),-30.64℃(w(TME)=50%),呈现出升高的趋势。在-70℃胶片出现β次级转变。     

快/慢烤试验中复合推进剂内部温度场的分布

为了研究不同烤燃条件下复合推进剂(PBT/HMX/Al/AP/BU)的响应特性,采用DSC研究了复合推进剂及单组分的热分解特性。复合推进剂的初始分解温度为187.27℃,单组分中BU初始分解温度最低,为192.95℃,表明复合推进剂的热分解过程是从BU开始;分别测量了在快/慢烤试验中,复合推进剂内部温度的变化。结果表明:1)快烤试验中,样品内部温度分布极不均匀。点火90 s后,样品发生反应,此时样品中心的温度为85℃,钢管端盖破裂,样品发生燃烧反应。2)慢烤试验中,样品内部温度分布均匀,几乎无温度差,样品发生反应时,样品内部温度与环境温度均为133℃,试验后样品钢管完全破碎,样品发生了爆轰。由此可见,慢烤试验中,由于样品内部温度分布均匀,发生反应时,大部分样品都处于临界反应温度,一旦激发,破坏效应比快烤试验更严重。     

PBAMO-GAP-PBAMO三嵌段共聚物的制备及表征EI北大核心CSCD

以三氟化硼四氢呋喃络合物(BF_3·THF)为催化剂,用端羟基聚环氧氯丙烷(PECH)大分子引发3,3-双氯甲基氧杂环丁烷(BCMO)开环聚合得到三嵌段共聚醚,再经过叠氮化反应得到聚3,3-双叠氮甲基氧杂环丁烷-聚叠氮缩水甘油醚-聚3,3-双叠氮甲基氧杂环丁烷(PBAMO-GAP-PBAMO)三嵌段共聚物。采用红外光谱、核磁共振碳谱、凝胶渗透色谱和差示扫描量热分析等对产物的结构和性能进行了测试和表征。对聚合反应和叠氮化反应的条件进行了研究,结果表明,聚合反应时间为8 h、PECH与BCMO的质量比为1∶2,并以N,N-二甲基乙酰胺作叠氮化反应溶剂时,得到的聚合产物相对分子质量可达6242,叠氮取代率达98.2%;产物的玻璃化转变温度为-46.1℃,热分解温度为235. 1℃。     

MEMS-SPMT用推进剂的热稳定性和能量特性研究

以斯蒂芬酸铅作为推进剂的主要组分,硝化棉为粘接剂,通过添加高氯酸铵、细铝粉,得到了可用于MEMS-SPMT的推进剂。采用DSC研究了高氯酸铵、铝粉、硝化棉对斯蒂芬酸铅热稳定性的影响,研究了4种推进剂配方的热解特性,并利用CEA软件进行热力计算,研究了2种喷管扩张比(面积比)下4种推进剂配方的能量特性。结果表明,高氯酸铵和铝对斯蒂芬酸铅的热稳定性无明显影响,硝化棉能降低斯蒂芬酸铅的热稳定性。硝化棉与高氯酸铵质量比大的推进剂热稳定性较低。增加硝化棉、高氯酸铵的质量含量和增大喷管扩张比均能提高推进剂比冲。     

发射药落锤撞击试验及评价方法研究

提出了一种新的评价高能发射药动态力学强度的方法,即采用落锤撞击发射药粒,用药粒发生临界损伤时的撞击能和极限抗冲应力来表征发射药的动态力学性能。结果表明,该方法能够定量评价发射药的动态力学强度,并得到太根药、硝胺药、硝基胍药等3种发射药的临界撞击能分别为18.8 J/cm2、14.2 J/cm2、3.8 J/cm2,极限抗冲应力分别为247.2 MPa、214.2 MPa、118.5 MPa。     

Anatase-brookite mixed phase nano TiO2 catalyzed homolytic decomposition of ammonium nitrate

Compared to the conventional ammonium perchlorate based solid rocket propellants, burning of ammonium nitrate (AN) based propellants produce environmentally innocuous combustion gases. Application of AN as propellant oxidizer is restricted due to low reactivity and low energetics besides its near room temperature polymorphic phase transition. In the present study, anatase-brookite mixed phase TiO₂ nanoparticles (∼10 nm) are synthesized and used as catalyst to enhance the reactivity of the environmental friendly propellant oxidizer ammonium nitrate. The activation energy required for the decomposition reactions, computed by differential and non-linear integral isoconversional methods are used to establish the catalytic activity. Presumably, the removal of NH₃ and H₂O, known inhibitors of ammonium nitrate decomposition reaction, due to the surface reactions on active surface of TiO₂ changes the decomposition pathway and thereby the reactivity.     

A coaxial pulsed plasma thruster using chemical propellants

Pulsed plasma thrusters (PPTs) have the advantages of mechanical simplicity and robustness compared to other electric propulsion systems. However the thrust power ratio of PPTs is lower than that of other electric propulsion systems. To enhance the thrust performance of the PPT, we propose to use several combustible solid chemicals as coaxial PPT propellants to replace Teflon^® (Polytetrafluoroethylene: PTFE). With the design, the force obtained thermodynamically is expected to augment the PPT thrust power ratio with the help of the chemical energy contained in the propellants. As a result, the thrust power ratio is increased using hydroxyl-terminated polybutadiene-ammonium perchlorate (HTPB-AP)-based propellants compared to the case of ordinary Teflon. The discharge current and voltage waveform does not change even when the propellant is changed. These findings could indicate that the impulse bits by gasdynamic contribution are lager in the case of chemical solid propellants than in the case of Teflon.     

Molecular dynamics study of the structures and properties of RDX/GAP propellant

Molecular dynamics simulations have been performed to investigate well-known energetic material cyclotrimethylene trinitramine (RDX) crystal, glycidyl azide polymer (GAP) and RDX/GAP propellant. The results show that the binding energies on different crystalline surface of RDX change in the order of (0 1 0) > (1 0 0) > (0 0 1). The interactions between RDX and GAP have been analyzed by means of pair correlation functions. The mechanical properties of RDX/GAP propellant, i.e., elastic coefficients, modulus, Cauchy pressure, and Poisson's ratio, etc., have been obtained. It is found that mechanical properties are effectively improved by adding some amounts of GAP polymer, and the overall effect of GAP on three crystalline surfaces of RDX changes in the order of (1 0 0) > (0 1 0) > (0 0 1). The energetic properties of RDX/GAP propellant have also been calculated and the results show that compared with the pure RDX crystal, the standard theoretical specific impulse (I(sp)) of RDX/GAP propellant decrease, but they are still superior to those of double base propellant.     

高能固体推进剂工艺助剂研究进展

综述了提高高能固体推进剂加工工艺性能助剂的研究进展.从稀释药浆、延迟固化反应、改善颗粒流动性能等改善推进剂药浆加工性能的措施出发,分别介绍了相应工艺助剂的研究及应用情况.对近年来研究报道较多的可同时改善加工过程中固体颗粒流动性能及推进剂力学性能的多功能性工艺助剂的研究情况进行了重点介绍.对高能固体推进剂多功能性工艺助剂...     

RDX和NGU对叠氮硝胺发射药动态燃烧稳定性的影响

以30 mm高压模拟炮为试验平台,以单基发射药为参照,研究了3种典型叠氮硝胺(DIANP)发射药的动态燃烧稳定性,分析了配方组成对DIANP发射药起始燃烧特征、膛内压力上升过程及膛内压力波动的影响,探讨了DIANP发射药配方组成与其起始燃烧特征、膛内压力上升特点和压力波强度的相互关系。结果表明,在DIANP发射药配方中添加质量分数30%的固体组分黑索今(RDX)或硝基胍(NGU),发射药膛内动态燃烧稳定性增加,膛压-时间曲线波动减小,膛压从30 MPa增至50 MPa所需的时间分别增加了92%和78%,起始负压差从－40.7 MPa降低至－4.44 MPa和－10.66 MPa。在DIANP发射药体系引入高含量的固体组分RDX或NGU,由于低压下RDX分解前熔融吸热,而NGU火药燃烧表面存在坚实熔融层,均可有效减小DIANP发射药起始燃气的生成速率,降低发射装药起始燃气生成猛度,缓减起始阶段膛内压力的上升,提高药床起始燃烧一致性,减小膛内压力波强度。