GAP/HMX推进剂的燃烧

GAP(缩水甘油基叠氮聚合物)是一种侧链为高能基的叠氮聚合物,利用改变HMX含量的方法研究了GAP/HMX复合推进剂的燃速特性。为扩大燃速区域,采用燃烧催化剂LC(柠檬酸铅)和CB(碳黑)研究了推进剂的燃速变化。在HMX质量含量小于60％时,随HMX含量的增加燃速下降;HMX质量含量大于60％时,燃速随HMX含量的增加而上升。添加燃烧催化剂后燃速增加,压力指数下降。这种燃烧催化剂(LC或CB)分别使用时无催化作用,必须两者同时混入。而且这种燃烧催化剂对GAP粘结剂不产生催化作用。     

HMX含量对丁羟四组元推进剂团聚及凝聚相燃烧产物的影响

奥克托今（HMX）作为含能材料在能够提高推进剂能量性能的同时可改变推进剂的燃烧过程,广泛用于固体推进剂中。为了研究HMX含量对推进剂点火、燃烧、团聚和凝聚相燃烧产物特性的影响,采用推进剂燃面拍摄、激光点火以及凝聚相燃烧产物收集方法对HMX含量在0%~10%范围内的典型四组元推进剂进行试验研究。结果表明：随着HMX含量由0%增加到10%,推进剂的点火延迟时间由191 ms增加到286 ms,推进剂的燃速和压强指数均减小,凝聚相燃烧产物的体积平均粒径D₄₃由48.1 μm增加到138.3 μm。含10%HMX的推进剂燃面上铝的团聚程度最大,而含8%HMX的推进剂凝聚相燃烧产物中活性铝的含量最高。     

奥克托今复合改性双基推进剂的燃速特性(上)

实验研究表明,与双基推进剂的燃速特性(燃速随能量的增加而提高)不同,HMX-CMDB推进剂的燃速,在HMX含量低于50％时,随HMX含量增加而降低;在HMX含量高于50％时,随HMX含量增加而提高。     

GAP/HMX推进剂的燃速特性

研究了在缩水甘油叠氮聚醚（GAP）中添加不同数量HMX的推进剂燃烧机理，在HMX添加量小于0．6的范围，燃烧表面固相放热量Qs随HMX添加量的增加而下降，燃速度降低，在HMX添加量寺睛0．6的范围，由于推进剂有面的固相反应加以GAP与HMX分解气体的气相反应向燃烧表面的热流束增加，从而燃烧表面气相的温度梯度Φ效应增加。当HMX添加量再增加时，则决定燃速的因素由固相反应过渡到气相反应，由于Φ增加而燃速进一步增加。     

HMX推进剂的燃速温度敏感性

研究HMX(环四次甲基四硝胺)-CMDB(复合改性双基)推进剂的燃速温度敏感性是为了阐明HMX粒子混入双基推进剂网络后的作用。虽然推进剂单位质量所含能量随HMX的重量分数的增加而增加,但在<～0.5时,燃速随的增加而下降;然而当>～0.5时,燃速则随的增加而增加。换言之,在压力不变的情况下,当0.时,燃速达到最小值,而温度敏感性则随的增加单调下降。测试结果显示出,随着的增加,沸腾区(fizz zone)的反应速度单调下降,燃烧表面的反应热单调上升。这种HMX—CMDB推进剂的燃烧模型说明了所观察到的燃速和燃速温度敏感性的特征。     

含快燃物ACP丁羟推进剂高压燃烧特性和常压火焰结构

为了研究水合-四-(4-氨基-1,2,4-三唑)高氯酸铜(ACP)对推进剂燃烧特性的影响,利用高压燃速测定系统研究了ACP对丁羟推进剂3～29 MPa压力范围内燃速的影响;收集推进剂在不同压力(3,10,20 MPa)下的燃烧产物,分析了ACP对燃烧产物化学组成的影响;采用显微高速摄像系统获取了推进剂的燃烧火焰和燃烧表面,对燃烧熄火表面及组分进行了研究。结果表明,在丁羟推进剂中添加ACP可大幅提高燃速,添加5%ACP可使推进剂29 MPa下的燃速提高84.8%,9～11 MPa为不稳定燃烧压力区。燃烧压力3 MPa的完全燃烧产物中活性铝含量为16.22%。推进剂在0.1 MPa燃烧时,存在粒径约100μm的粒子被燃烧气流从燃烧表面带入到气相区中分解燃烧的现象,熔铝粒子在燃烧表面无明显团聚。添加ACP使燃烧表面不规则程度增加。     

含铝推进剂的燃烧效率

为了获得末级发动机用的优化推进剂,评定了推进剂配方变量对低燃速、含铝推进剂燃烧效率的影响,试验用推进剂的组分有过氯酸铵、铝、环四次甲基四硝胺(HMX)、端羟基聚丁二烯(HTPB)。经试验得到了铝聚集的尺寸、燃速及由高速摄影照片和小型发动机试验推导出的比冲。由比冲效率表示的燃烧效率有随燃速增加而提高的趋势,在低L条件下,当铝聚集尺寸减小时,比冲效率提高。铝聚集的程度依赖袋囊结构特性,随铝量的减少和袋囊中铝与细AP质量比的降低,聚集尺寸将减小。使用粗粒的HMX有缩小聚集尺寸的作用,其结果是减小了袋囊体积。HMX颗粒的大小对燃速没有影响,用粗粒HMX代替细粒HMX制做的推进剂,有可能在不改变设计方案的基础上提高火箭发动机的实测比冲。     

GAP推进剂的燃速特性

为了获得广阔的燃速谱,研究了缩水甘油叠氮聚合物(GAP)复合推进剂的燃速和火焰结构。将过氯酸铵(AP)、环四次甲基四硝胺(HMX)或三氨基硝酸胍(TAGN)的精细晶粒与GAP相混合以形成GAP推进剂。因为GAP是一种自身可维持燃烧的高能聚合物,所以GAP推进剂的燃速特性在本质上显然不同于通常的复合推进剂。测定的结果表明:GAP推进剂的燃速、压力指数、温度敏感系数和火焰结构在很大程度上依赖干添加的晶体浓度。这些观察到的燃烧速度特性与晶体粒子的浓度相关。     

高能复合改性双基推进剂的燃速特性(Ⅲ)——推进剂初始温度的影响

为探讨改变含能量的双基推进剂和ＨＭＸ／ＣＭＤＢ推进剂的燃速与推进剂初始温度的关系，利用套罩式药条燃烧器研究了其燃烧波结构。影响各种推进剂燃速与推进剂初始温度关系的物理特性量，主要是燃烧表面温度与暗区温度。双基推进剂含能量越多，燃速的温度感度越小。增加推进剂含能量和推进剂的初始温度时，燃烧表面温度增加，沸腾区的反应加速，暗区温度上升，沸腾区的温度梯度扩大，流向燃烧表面的热流束增加，从而燃速增加。ＨＭＸ／ＣＭＤＢ推进剂含能量多时燃速对温度的感度变小。增加推进剂能量并降低推进剂初始温度时，燃烧表面温度下降，沸腾区的反应减慢，暗区温度下降，沸腾区温度梯度变小，流向燃烧表面的热流束减少，从而燃速降低。     

少烟富燃复合推进剂低压燃烧特性(英文)

研究了HTPB/AP富燃复合固体推进剂在0.1～1 MPa下的燃烧特性。结果表明,高压、高AP浓度和较小的AP粒子尺寸能促进稳定燃烧,提高燃速和燃烧效率,降低点火温度。亚铬酸铜(CC)作为增速剂能提高整个压力范围内的燃速,6%CC可降低推进剂点火温度16%,燃烧效率可达96%,而未添加CC的推进剂配方燃烧效率仅为31%～73%。研究表明,在极低的压力下Vieille燃速公式对此系列推进剂仍然适用。     

高能复合改性双基推进剂的燃速特性(Ⅰ)——基本推进剂的燃烧特性

为明确双基推进剂每单位质量所含能量影响燃速的物理特性量，研究了燃烧波结构。利用氮气加压的套罩式燃烧器燃烧推进剂药条试样，观察了火焰，测量了火焰的温度分布。明确了最终火焰温度对燃速没有直接影响。推进剂含能量即最终火焰温度增加时，暗区的温度增加，与此同时推进剂的燃速增加。这是因为含能量增加时沸腾区的ＮＯ２气体增加，反应加速，在推进剂燃烧表面的温度梯度即热流束增加，促使燃速增加。     

环境氧含量和压力对铝镁贫氧推进剂燃烧性能的影响

为研究不同海拔处大气氧含量(氧体积分数)变化对铝镁贫氧推进剂燃烧特性的影响,采用激光辐射点火,使用高速摄影仪记录推进剂的点火与燃烧过程,并利用红外测温仪测量推进剂的表面温度及火焰温度,研究了环境氧含量与压力对推进剂的点火过程、火焰温度和燃速的影响。结果表明,环境气体氧含量高于推进剂热解产物中氧含量时,点火气相化学反应主要发生在推进剂热解产物与环境气体的扩散区,初现焰远离推进剂表面,但随着压力增加,扩散区与推进剂表面之间距离减小;火焰温度与环境氧含量和压力线性正相关;压力与环境氧含量增加时,铝镁贫氧推进剂燃速增加,压力和环境氧含量对铝镁贫氧推进剂燃速的影响符合B数理论,压力是影响推进剂燃速的主要因素,但随着压力增加,压力对燃速的影响相对减小,压力从0.1 MPa增加到1.5 MPa时,压力和环境氧含量的燃速敏感系数比从200下降到40。     

高能复合推进剂的燃烧机理——高能粘合剂的效果

研究证明，ＡＰ系复合推进剂的粘合剂中能量越高燃速也越高。在本试验压力范围内供试验用的推进剂出现燃烧中断，当粘合剂中ＡＭＭＯ含量为８０％以上时，在４ＭＰａ压力下燃烧中断，并有推进剂的绝热火焰温度越高燃速越高的趋势。推进剂的燃烧热显示，在粘合剂中ＡＭ－ＭＯ含量在８０％以下时，ＡＭＭＯ含量越多燃烧热越高，而燃烧热越高绝热火焰温度也越高。推进剂的燃烧热越高燃速也越高。已知叠氮化聚合物单体燃速的速率决定阶段是凝缩相反应，本研究证明，在ＡＰ系复合推进剂中从气相到燃烧表面的热流束影响推进剂燃速的速率决定阶段。     

无烟XLDB推进剂燃烧性能研究(Ⅱ)

详细研究了不同铜盐(AD和BC)和炭黑对推进剂燃烧性能的影响.结果表明,适量AD([AD]＜φAD)使推进剂在3～20MPa压力范围内的燃速上升,压强指数分别降至0.39(3～5MPa),0.31(5～12MPa)和0.42(12～20MPa).含BC的推进剂在12～18MPa压力范围内比含AD的推进剂燃速高,压强指数低.熄火表面元素分析表明,BC和AD中的铜元素在推进剂燃烧表面的含量不同.通用炭黑对推进剂的燃烧性能无明显影响,乙炔和中超炭黑能改善推进剂在3～18MPa压力范围内的燃烧性能.炭黑含量增加,推进剂在3～20MPa压力范围内的燃速增加,压强指数降低.     

高能复合推进剂的温度感度特性

高氯酸铵（ＡＰ）系复合推进剂具有在不含氧化铁时随粘合剂种类的不同在低温下出现不稳定燃烧，添加氧化铁时即便在低温下也可稳定燃烧的燃速温度感度特性。如ＡＰ／ＡＭＭＯ和ＡＰ／ＰＰＧ在燃烧表面形成熔解层的推进剂燃速的温度感度特性很高，添加氧化铁时温度感度有下降的趋势。不含氧化铁时燃速的温度感度随压力的上升而增加，而添加氧化铁的推进剂对压力的依赖性变小。分析气相反应与凝缩相反应的温度感度特性的结果证明，ＡＰ系复合推进剂不论有无氧化铁，在低温领域燃烧表面附近的凝缩相反应决定速率。但是粘合剂成分对燃烧表面附近气相反应的温度感度影响也很大，而且对燃速的温度感度也有影响。     

BAMO／HMX推进剂的火焰结构

目前正在考虑采用叠氮化聚合物作为无烟、低公害硝氨基复合推进剂的粘合剂。试制了ＢＡＭＯ／ＨＭＸ叠氮化聚合物／硝氨基推进剂，为研究其燃烧特性，观察了火焰结构，测量了燃速和温度分布。结果表明，在燃速与压力的关系中燃烧表面附近的气相反应决定燃速，在燃速的绝对值中燃烧表面的凝聚层分解反应决定燃速。     

少烟富燃复合推进剂低压燃烧特性（英）

在0.1MPa到1MPa的低压范围内,实验研究了一系列特定的HTPB/AP富燃复合固体推进剂的燃烧特性。研究表明：高压、高AP浓度和较小的AP粒子尺寸能促进稳定燃烧,提高燃速和燃烧效率,降低点火温度。加入亚铬酸铜（CC）作为增速剂能提高整个压力范围内的燃速,加入6%CC可降低推进剂点火温度16%,燃烧效率可达96%,而没有添加CC的推进剂配方燃烧效率为31%~73%。研究表明,在极低的压力下Vieille燃速公式对此系列推进剂仍然适用。     

固体推进剂慢速烤燃特性的影响因素研究

以HTPE推进剂、GAP推进剂为对象,采用慢速烤燃试验装置结合热电偶测温及传感器测压技术,研究了固体推进剂慢速烤燃特性的影响因素,包括配方组成、燃速、升温速率、约束条件、自由体积等.HTPE推进剂具有优异的慢速烤燃特性,10％ HMX的加入使其慢速烤燃的响应程度增加,自由体积对其慢速烤燃的响应程度没有明显影响;燃速从1...     

CL-20基无烟NEPE推进剂的燃烧性能和能量性能研究

研究了CL-20部分代替RDX对不含燃速调节剂的无烟NEPE推进剂燃烧性能和能量性能的影响.结果表明,CL-20的加入明显提高了推进剂的燃速,CL-20含量为30%时,推进剂不同压强下的燃速均提高50%以上;CL-20替代推进剂中的RDX,明显改善了推进剂的能量性能,CL-20含量为30%时,推进剂的定容爆热增大9.2%,实测密度增大3.5%.     

AP颗粒尺度对复合底排推进剂燃速的影响

为了解复合底排推进剂中AP氧化剂的含量及AP颗粒的大小对推进剂表观燃速的影响,利用一种综合燃烧模型,通过对燃烧过程的简化,计算了AP氧化剂不同粒径尺寸对底排推进剂燃速的影响,并和实验结果进行了比较.在此基础上,对不同AP含量的底排推进剂燃速进行了预测计算.结果表明,AP含量越高,底排推进剂的燃速越大;AP颗粒尺寸与底排推进剂燃速是非线性、非单调变化的关系.当AP粒径小于150μm时,AP颗粒尺寸越大,推进剂燃速越低;但AP粒径等于200μm时的推进剂燃速略高于150μm时的燃速.